Ржавчина как тип химического соединения
Перейти к содержимому

Ржавчина как тип химического соединения

  • автор:

Технические и химические свойства ржавчины и ее использование в промышленности

Ржавчина – это окисление металла под воздействием кислорода. Она может образоваться на поверхности различных металлических изделий, от простых гвоздей до сложных механизмов. Ржавчина не только портит внешний вид предметов, но и может существенно уменьшить их прочность и долговечность.

Причины образования ржавчины

Основной причиной образования ржавчины является контакт металла с кислородом. Воздух содержит около 21% кислорода, который способствует окислению металла. Также ржавчину может вызвать воздействие воды или влаги на поверхность металла, особенно если она содержит соли или другие химически активные вещества.

Кроме того, некоторые металлы более подвержены ржавчине, чем другие. Например, железо легко окисляется и быстро покрывается ржавчиной, в то время как алюминий или нержавеющая сталь имеют более высокую устойчивость к окислению.

Химический состав ржавчины

Ржавчина представляет собой сложный химический соединение, которое состоит из нескольких компонентов. В зависимости от металла и условий образования, ржавчина может содержать различные оксиды, гидроксиды и соли металла. Например, на поверхности железа образуется ржавый налет, состоящий преимущественно из гематита (Fe2O3) и магнетита (Fe3O4).

Кроме того, в процессе образования ржавчины может происходить коррозия металла – химическое разрушение его структуры под действием кислорода и других веществ. Это приводит к появлению трещин и пятен на поверхности металла.

Использование ржавчины в промышленности

Несмотря на то, что ржавчина является нежелательным явлением для большинства металлических изделий, в промышленности она находит свое применение. Например, ржавчина используется для производства красок и пигментов. Гематит – один из основных компонентов ржавчины – широко применяется в производстве красных красителей.

Кроме того, ржавчина может быть использована в процессе гальванизации – покрытия металла слоем другого металла для защиты от коррозии. При этом на поверхности металла создается специальное окружение, которое способствует образованию ржавчины и затем ее удалению с поверхности.

Методы предотвращения и удаления ржавчины

Важно предпринять меры по предотвращению образования ржавчины на металлических изделиях. Для этого можно использовать различные методы:

  • Покрытие металла. Нанесение защитного слоя на поверхность металла может значительно уменьшить риск образования ржавчины. Например, покрытие лаком или эмалью может предотвратить контакт металла с кислородом и водой.
  • Использование антикоррозийных препаратов. Существуют специальные химические составы, которые наносят на поверхность металла и создают защитный слой от окисления.
  • Регулярная чистка и обслуживание. Удаление грязи и пыли с поверхности металла поможет предотвратить образование ржавчины. Также важно следить за состоянием механизмов и своевременно устранять дефекты, которые могут привести к образованию ржавчины.

Если же ржавчина уже появилась на поверхности металла, ее можно удалить различными способами:

  • Механическое удаление. В случае тонкого слоя ржавчины можно использовать инструменты для очистки поверхности, например, стальную щетку или шлифовальный диск.
  • Химическое удаление. Для удаления толстого слоя ржавчины можно использовать специальные химические средства. Однако при этом необходимо соблюдать меры безопасности и следить за правильностью пропорций, чтобы не повредить металл.
  • Электролитическое удаление. Этот метод используется в процессе гальванизации для удаления ржавчины с поверхности металла. Он основан на создании электрического тока, который образует окружение, способствующее образованию и удалению ржавчины.

Ржавчина – это серьезная проблема для металлических изделий, но благодаря различным методам предотвращения и удаления ее воздействие может быть минимизировано.

Выводы

Ржавчина – это окисление металла под воздействием кислорода, которая может привести к уменьшению прочности и долговечности металлических изделий. Она имеет сложный химический состав и может быть использована в промышленности, например, для производства красок и пигментов. Для предотвращения и удаления ржавчины существуют различные методы, включая покрытие металла защитным слоем, использование антикоррозийных препаратов и регулярную чистку и обслуживание металлических изделий.

Ржавчина

Ржавчина

Ржавчина — итог окисления металла, также общий термин для определения оксидов железа. В разговорной речи это слово применяется к красным оксидам, 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, на арматуре, используемой в подводных бетонных столбах, и называется зелёной ржавчиной. Несколько видов коррозии различимы зрительно или с помощью спектроскопии, они образуются при разных внешних условиях. Ржавчина состоит из гидратированного оксида железа(III) Fe2O3·nH2O и метагидроксида железа, Fe(OH)3). При наличии кислорода, воды и достаточного времени любая масса железа в конечном итоге полностью преобразуется в ржавчину и разрушается. Ржавая поверхность не создаёт защиты для нижележащего железа, в отличие от патины, образующейся на медной поверхности.

Ржавчиной, как правило, называют продукт коррозии только железа и его сплавов, таких как сталь, хотя многие другие металлы тоже подвергаются коррозии.

Химические реакции

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.

Происходящие реакции

Ржавление железа — это электрохимический процесс, который начинается с переноса электронов от железа к кислороду. 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:

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

4 Fe 2+ + O2 → 4 Fe 3+ + 2 O 2−

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

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

что приводит к следующим реакциям поддержания баланса дегидратации:

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 Ca 2+ , 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

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

  • 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.

Что такое ржавчина и как с ней бороться: оксиды 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.

Читайте также: Механизм и технология химического оловянирования

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.

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.

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).

Читайте также: ГОСТ 21631-2019 Листы из алюминия и алюминиевых сплавов. Технические условия

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.

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

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.

Читайте также: Как определить, отличить и проверить нержавейку?

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.

Разница между ржавчиной и коррозией

Главное отличие

Основное различие между ржавчиной и коррозией состоит в том, что при ржавлении на поверхности образуется красно-оранжевое покрытие, тогда как при коррозии окисление может происходить как на металлах, так и на неметаллах.

Ржавчина против коррозии

Ржавчина — это разновидность коррозии. Коррозия — это разновидность окисления. Ржавчина возникает только на металлах, особенно на железе и стали. И металлы, и неметаллы подвержены коррозии. Ржавчина — основная причина влажности. Основная причина коррозии — воздух или распространение химикатов по поверхности. Ржавчина показывает налет на поверхности красного или оранжевого цвета. Коррозия проявляется ожогом кожи и разрушением деревянной поверхности и т. Д.

Процесс ржавчины начинается, когда железо вступает в контакт с водой и кислородом, присутствующими в окружающей среде. Коррозия возникает при контакте металла или неметалла с химическими веществами или влагой. Ржавчина — это результат оксида железа. Однако коррозия возникает из-за солей или оксидов металлов. Ржавчина относится к категории коррозии. Коррозия также известна как износ. Процесс ржавчины приводит к ржавлению сплава. Процесс коррозии приводит к деградации. Ржавчина не защищает металл, и он шелушится. Коррозия — это естественный процесс, делающий металл более устойчивым.

Ржавчина на железе также известна как оксиды железа. Коррозия — это потеря рафинированного металла. Для ржавчины необходимо выполнить некоторые условия, например наличие влаги или кислорода. В случае коррозии нет необходимых условий. Когда металл начинает ржаветь, это очень трудно контролировать, потому что ржавчина быстро распространяется по всему металлу. Коррозию предотвращает покрытие красок, гальваника и т. Д.

Сравнительная таблица

Ржавчина Коррозия
При ржавчине на поверхности утюга образуется красный или оранжевый налет. В корродирующем веществе из-за химических, электрохимических или других реакций становятся корродирующими.
Вхождение
Только на железо и сталь На коже, дереве, металлах и т. Д.
Причина
Воздействие воздуха и влаги Воздействие воздуха или распространение химикатов на поверхности
Наблюдается как
Цветное покрытие на поверхности Разрушение на поверхности
Тип
Коррозия Окисление

Что такое ржавчина?

Ржавчина — это покрытие красноватого или оранжевого цвета, которое возникает на поверхности железа из-за влажности воздуха. Ржавчина — это только тип коррозии, возникающий из-за различных химических реакций, происходящих между поверхностями металлов, таких как железо и сталь. При химическом расщеплении ржавчина не появляется. Но возможно, что с помощью химического вещества ржавчина начнет ускоряться между молекулами железа и кислорода за счет увеличения электрической активности. Процесс образования ржавчины на металлическом железе также называют «окислением металла».

На поверхности металла атомы окисляются в присутствии воды и кислородом воздуха. Например, в процессе ржавчины на железе трехвалентное железо (Fe 2+ ) окисляется в железе до двухвалентного железа (Fe 3+ ). Скорость образования ржавчины зависит от разных факторов. Металлы, такие как железо и сталь, имеют ржавчину на своей поверхности, но нержавеющая сталь не показывает ржавчину из-за присутствия 10-20% хрома. Хром действует как компонент с кислородом и водой и действует как тонкая пленка. Вот почему эта тонкая пленка хрома предотвращает ржавление.

Процессы предотвращения ржавчины
  • Гальванизация: это процесс цинкования железа, который предотвращает ржавчину металлического железа, выступая в качестве расходуемого анода.
  • Краски: слой краски на металле также предотвращает появление ржавчины на металле .
  • Гальваника: на поверхности стали нанесен тонкий слой металла, такого как никель и хром, чтобы избежать ржавчины.

Что такое коррозия?

В процессе коррозии разрушение различных веществ происходит за счет химических реакций и других электрохимических реакций на поверхности. Коррозия возникает как на металлических, так и на неметаллических поверхностях. Коррозия влияет на поверхность материала, а также на структуру материала. Ржавчина — один из лучших примеров коррозии.

Коррозия также может возникнуть на поверхности стола и кожи; это неметаллические поверхности, которые становятся коррозионными, когда некоторые химические вещества раскалываются на этих поверхностях и разрушают их. Этими сильными химическими веществами являются соляная кислота (HCl), сероводородная кислота (H 2 SO 4 ) и некоторые щелочные основания, такие как гидроксид натрия (NaOH) и гидроксид калия (KOH) и т. Д. Такие химические вещества, которые оказывают коррозионное воздействие, называются «коррозионными химическими веществами». . » Такие химические вещества также могут вызвать необратимые повреждения поверхности материала.

Типы коррозии
  • Щелевая коррозия: всякий раз, когда существует разница в концентрации ионов между любыми локальными участками металла, может возникнуть локальная форма коррозии, известная как щелевая коррозия.
  • Коррозионное растрескивание под напряжением : Коррозионное растрескивание под напряжением относится к растрескиванию металла в результате воздействия коррозионной среды и растягивающего напряжения, приложенного к металлу.
  • Межкристаллитная коррозия: Межкристаллитная коррозия возникает из-за наличия примесей на границах зерен, которые разделяют зерна, образовавшиеся во время затвердевания металлического сплава.
  • Гальваническая коррозия: при электрическом контакте между двумя электрохимически разнородными металлами, находящимися в электролитической среде, может возникнуть гальваническая коррозия. Это относится к разложению одного из этих металлов при соединении или стыке.

Ключевые отличия

  1. Ржавчина относится только к металлам, а коррозия — к металлам, полимерам и керамике.
  2. На ржавчину влияют некоторые химические вещества, такие как железо; с другой стороны, коррозия является результатом многих химических воздействий.
  3. Ржавчина в основном возникает из-за влаги; и наоборот, коррозия в основном вызвана химическим веществом.
  4. Ржавчина — это разновидность коррозии; С другой стороны, коррозия — это разновидность окисления.
  5. Ржавчина может быть только красной или оранжево-коричневой, а ржавчина может быть любого цвета.
  6. Ржавчина возникает только на железе или металле, хотя коррозия вызывается как неметаллическими, так и металлическими поверхностями.
  7. Ржавчина ускоряется химическими веществами по сравнению с коррозией; химическое вещество является основной причиной коррозии.
  8. Ржавчина — это более быстрый процесс по сравнению с коррозией, которая является медленным процессом.
  9. Ржавчина возникает из-за изменения окружающей среды. Однако коррозия возникает из-за химической реакции.
  10. Колеи — это просто сплав на основе железа; с другой стороны, коррозия — это разрушение.

Заключение

Сделан вывод, что ржавчина не возникает из-за химикатов, а коррозия может произойти из-за химикатов.

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.

Характеристика ржавчины

С химической точки зрения ржавчина представляет собой оксид железа. Он образуется путем влияния кислорода на железо в условиях высокой влажности. С физической точки зрения данное образование на металлической поверхности представляет собой налет насыщенного оранжевого цвета, который обладает достаточно хрупкой консистенцией. Цвет ржавчины при некоторых условиях может быть и зеленым.

На сегодняшний день встречается несколько видов ржавчины. Они зависят от того, каким образом образуется налет.

К видам данного типа коррозии относятся:

  • Красные окислы. Они образуются под воздействием кислорода на железо под воздействием воды.
  • Зеленая ржавчина. Она образуется под воздействием на железо хлора без участия в процессе кислорода. В современно мире не редко встречается такой тип ржавчины. Он известен многим благодаря налету, который образуется на арматуре, которая применяется для сооружения бетонных морских столбов.

Существует еще несколько видов и форм ржавчины. Все он отличаются визуально. В некоторых случаях для определения типа коррозии используется метод спектроскопии. Образование коррозии на железе практически неизбежно. Постепенно любое количество данного металла под воздействием кислорода и воды превращается в груду, которая полностью покрыта налетом насыщенного оранжевого цвета. В последующем это может привести к разрушению железа. Под воздействием ржавчины данный металл начинает приобретать не плотную структуру, что приводит к тому, что ржавчина его разъедает и уничтожает.

Ржавчина принадлежит к одному из продуктов такого процесса, как коррозия. В результате него повреждаются различные виды металлов. Коррозии подвержены металлы, которые образуются из сплавов железа. Сталь в некоторых случаях тоже подвергается данному процессу, если она не относится к разряду нержавеющих. Однако ржавчиной называется именно процесс образования оксида железа.

Причиной ржавления железа чаще всего является наличие воды, доступа к кислороду и к другим сильным окислителям. Под их воздействием железо начинает покрываться ржавым налетом. Для того чтобы ускорить этот процесс достаточно только добавить соли. В результате электрохимической реакции железо начнет ржаветь сильнее и быстрее произойдет разрушение предмета, который сделан из данного металла.

Читайте также: Сварочная проволока для полуавтоматов: виды и необходимая информация

В некоторых случаях железо начинает покрываться ржавчиной, если оно находится в агрессивной среде. Такой средой может быть раствор, состоящий из воды диоксида серы и углекислого газа.

Таблица. Основные количественные показатели коррозии и коррозионной стойкости.
Вид коррозии Основные количественные показатели коррозии и коррозионной стойкости
Коррозионный эффект (интегральный показатель коррозии) Скоростной (дифференциальный) показатель коррозии Показатель коррозионной стойкости
Сплошная коррозия Глубина проникновения коррозии Линейная скорость коррозии Время проникновения коррозии на допустимую (заданную) глубину*
Потеря массы на единицу площади Скорость убыли массы Время до уменьшения массы на допустимую (заданную) величину*
Коррозия пятнами Степень поражения поверхности Время достижения допустимой (заданной) степени поражения*
Питтинговая коррозия Максимальная глубина питтинга Максимальная скорость проникновения питтинга Минимальное время проникновения питтингов на допустимую (заданную) глубину*
Максимальный размер поперечника питтинга в устье Минимальное время достижения допустимого (заданного) размера поперечника питтинга в устье*
Степень поражения поверхности питтингами Время достижения допустимой (заданной) степени поражения*
Межкристаллитная коррозия Глубина проникновения коррозии Скорость проникновения коррозии Время проникновения на допустимую (заданную) глубину*
Снижение механических свойств (относительного удлинения, сужения, ударной вязкости, временного сопротивления разрыву) Время снижения механических свойств до допустимого (заданного) уровня*
Коррозионное растрескивание Глубина (длина) трещин Скорость роста трещин Время до появления первой трещины**
Снижение механических свойств (относительного удлинения, сужения) Время до разрушения образца** Уровень безопасных напряжений** (условный предел длительной коррозионной прочности**) Пороговый коэффициент интенсивности напряжений при коррозионном растрескивании**
Коррозионная усталость Глубина (длина) трещин Скорость роста трещин Количество циклов до разрушения образца** Условный предел коррозионной усталости** Пороговый коэффициент интенсивности напряжений при коррозионной усталости**
Расслаивающая коррозия Степень поражения поверхности отслоениями Суммарная длина торцов с трещинами
Глубина проникновения коррозии Скорость проникновения коррозии

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.

Борьба с ржавчиной

В современном мире производится большое количество изделий из железа. Они представлены и товарами промышленного назначения, и продукцией для использования в быту. Всегда хочется, чтобы они прослужили длительное время. Образование ржавчины не является полезным для предметов, сделанных из железа. Она приводит к их поломке и выходу из строя. Именно по этой причине следует знать о том, как убрать ржавчину, и как противостоять ее появлению.

Для того чтобы ржавчина не нанесла вред изделиям необходимо использовать специальные средства для того, чтобы на поверхности объектов из железа образовалась пленка, защищающая от проникновения в структуру металла воздуха и воды.

На сегодняшний день для защиты от ржавчины используются следующие методы:

  • Гальванизация. Данный метод применяется при производстве нержавейки. На металл наносится слой меди или цинка. Также в некоторых случаях применяется кадмий. Данные вещества образуют на поверхности не видную пленку, которая придает материалу железа плотность и высокую устойчивость к влаге и к кислороду.
  • Катодная защита. Данный метод применяется преимущественно для труб, которые прокладываются глубоко под землей. К ним проводится электрический заряд, который вызывает электрохимическую реакцию, предотвращаю появление ржавого налета на поверхности труб.
  • Нанесение на поверхность предметов из железа лакокрасочных изделий. Данный метод заключается в том, чтобы помимо декорирования изделия, защитить его от налета ржавчины. Краска тонким слоем покрывает металла и не дает возможности влаге и воздуху добраться до структуры железа.

Важно: Для того чтобы на окрашенном изделии не образовалось ржавчины необходимо следить, чтобы краска лежала ровным слоем и не имела никаких сколов. Иначе на поверхность металла будет влиять влажность и воздух.

В настоящее время имеются средства для удаления ржавчины. Их можно использовать, когда налет уже образовался. Они направлены на то, чтобы сделать структуру налета более хрупкой для получения возможности снятия его с поверхности металла.

Самым популярным средством устранения ржавого налета является преобразователь ржавчины. Он представляет собой раствор, который превращает налет в вещество, которое легко поддается устранению. Многие такие средства делают структуру ржавчины более однородной, что позволяет оставлять ее на поверхности металла для проведения лакокрасочных работ, если она не нарушает ее ровность.

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.

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 pH. 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.

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.

Как работают ржавчина и коррозия

Ржавые цепи рядом с не ржавыми цепями.

Наука

Наука

  • Химия
    • Основы
    • Химические законы
    • Молекулы
    • Периодическая таблица
    • Проекты и эксперименты
    • Научный метод
    • Биохимия
    • Физическая химия
    • Медицинская химия
    • Химия в повседневной жизни
    • Известные химики
    • Мероприятия для детей
    • Сокращения и сокращения
  • Биология
  • Физика
  • Геология
  • астрономия
  • Погода и климат

Обновлено 22 января 2020 г.

Ржавчина – это общее название оксида железа . Самая известная форма ржавчины — красноватый налет, образующий чешуйки на железе и стали (Fe 2 O 3 ), но ржавчина бывает и других цветов, включая желтый, коричневый, оранжевый и даже зеленый ! Различные цвета отражают различные химические составы ржавчины.

Ржавчина конкретно относится к оксидам на железе или сплавах железа , таких как сталь. Окисление других металлов имеет и другие названия. Например, на серебре есть потускнение, а на меди — медь.

Ключевые выводы: как работает Rust

  • Ржавчина — это общее название химического вещества, называемого оксидом железа. Технически это гидрат оксида железа, потому что чистый оксид железа не является ржавчиной.
  • Ржавчина образуется, когда железо или его сплавы подвергаются воздействию влажного воздуха. Кислород и вода в воздухе реагируют с металлом с образованием гидратированного оксида.
  • Знакомая красная форма ржавчины (Fe 2 O 3 ), но железо имеет другие степени окисления, поэтому оно может образовывать ржавчину других цветов.

Химическая реакция, которая образует ржавчину

Хотя ржавчина считается результатом реакции окисления , стоит отметить, что не все оксиды железа являются ржавчиной . Ржавчина образуется, когда кислород вступает в реакцию с железом, но простого соединения железа и кислорода недостаточно. Хотя около 21% воздуха состоит из кислорода,   ржавчина не возникает в сухом воздухе. Встречается во влажном воздухе и в воде. Для образования ржавчины требуется три химических вещества: железо , кислород и вода.

железо + вода + кислород → гидратированный оксид железа (III)

Это пример электрохимической реакции и коррозии . Происходят две различные электрохимические реакции:

Происходит анодное растворение или окисление железа, переходящего в водный (водный) раствор:

Также происходит катодное восстановление растворенного в воде кислорода:

Ион железа и ион гидроксида реагируют с образованием гидроксида железа:

2Fe 2+ + 4OH — → 2Fe(OH) 2

Оксид железа реагирует с кислородом с образованием красной ржавчины Fe 2 O 3 .H 2 O.

Из-за электрохимической природы реакции растворенные в воде электролиты способствуют реакции. Например, в соленой воде ржавчина возникает быстрее, чем в чистой воде.

Имейте в виду, что газообразный кислород (O 2) не является единственным источником кислорода в воздухе или воде. Углекислый газ (CO 2) также содержит кислород. Углекислый газ и вода реагируют с образованием слабой угольной кислоты. Угольная кислота является лучшим электролитом, чем чистая вода. Когда кислота атакует железо, вода распадается на водород и кислород. Свободный кислород и растворенное железо образуют оксид железа, высвобождая электроны, которые могут перетекать в другую часть металла. Как только начинается ржавчина, она продолжает разъедать металл.

Предотвращение ржавчины

Ржавчина хрупкая, хрупкая, прогрессирующая и ослабляет железо и сталь. Для защиты железа и его сплавов от ржавчины поверхность необходимо изолировать от воздуха и воды. Покрытия можно наносить на железо. Нержавеющая сталь содержит хром, который образует оксид, подобно тому, как железо образует ржавчину. Разница в том, что оксид хрома не отслаивается, а образует защитный слой на стали.

Дополнительные ссылки

  • Графен, Х .; Хорн, Э.М.; Шлекер, Х .; Шиндлер, Х. (2000). «Коррозия». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Wiley-ВЧ. дои: 10.1002/14356007.b01_08
  • Холлеман, А. Ф.; Виберг, Э. (2001). Неорганическая химия . Академическая пресса. ISBN 0-12-352651-5.
  • Уолдман, Дж. (2015). Ржавчина — самая долгая война . Саймон и Шустер. Нью-Йорк. ISBN 978-1-4516-9159-7.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *