Сьогодні з утворенням іржі на металевих поверхнях стикаються багато людей. Вона утворюється під впливом довкілля. Процес утворення іржавого нальоту може мати різну тривалість. Вона залежить від того, у яких умовах навколишнього середовища знаходиться той чи інший металевий предмет.
З хімічної точки зору іржа є оксидом заліза. Він утворюється шляхом впливу кисню на залізо за умов високої вологості. З фізичної точки зору дане утворення на металевій поверхні являє собою наліт насиченого оранжевого кольору, який має досить крихку консистенцію. Колір іржі за певних умов може бути зеленим.
На сьогоднішній день зустрічається кілька видів іржі. Вони залежить від цього, як утворюється наліт.
До видів даного типу корозії відносяться:
- Червоні оксиди. Вони утворюються під впливом кисню на залізо під впливом води.
- Зелена іржа. Вона утворюється під впливом залізо хлору без участі у процесі кисню. У сучасному світі не рідко зустрічається такий тип іржі. Він відомий багатьом завдяки нальоту, що утворюється на арматурі, що застосовується для спорудження бетонних морських стовпів.
Існує ще кілька видів та форм іржі. Усі вони відрізняються візуально. У деяких випадках для визначення типу корозії використовується метод спектроскопії. Утворення корозії на залозі практично неминуче. Поступово будь-яка кількість даного металу під впливом кисню та води перетворюється на купу, яка повністю покрита нальотом насиченого оранжевого кольору. Надалі це може призвести до руйнування заліза. Під впливом іржі цей метал починає набувати не щільну структуру, що призводить до того, що іржа його роз'їдає і знищує.
Іржа належить до одного з продуктів такого процесу, як корозія. Внаслідок цього ушкоджуються різні види металів. Корозії схильні до металів, які утворюються зі сплавів заліза. Сталь у деяких випадках теж піддається цьому процесу, якщо вона не відноситься до розряду нержавіючих. Проте іржею називається саме процес утворення оксиду заліза.
Причиною іржавлення заліза найчастіше є наявність води, доступу до кисню та інших сильних окислювачів. Під їхньою дією залізо починає покриватися іржавим нальотом. Для того, щоб прискорити цей процес, достатньо лише додати солі. Внаслідок електрохімічної реакції залізо почне іржавіти сильніше і швидше відбудеться руйнування предмета, зробленого з даного металу.
У деяких випадках залізо починає покриватися іржею, якщо воно знаходиться в агресивному середовищі. Таким середовищем може бути розчин, що складається з води діоксиду сірки та вуглекислого газу.
Таблиця. Основні кількісні показники корозії та корозійної стійкості.
| Вид корозії | Основні кількісні показники корозії та корозійної стійкості | ||
|---|---|---|---|
| Корозійний ефект (інтегральний показник корозії) | Швидкісний (диференціальний) показник корозії | Показник корозійної стійкості | |
| Суцільна корозія | Лінійна швидкість корозії | Час проникнення корозії на допустиму (задану) глибину* | |
| Втрата маси на одиницю площі | Швидкість вибули маси | Час зменшення маси на допустиму (задану) величину* | |
| Корозія плямами | Ступінь ураження поверхні | ||
| Пітингова корозія | Максимальна глибина піттингу | Максимальна швидкість проникнення піттингу | Мінімальний час проникнення піттингів на допустиму (задану) глибину* |
| Максимальний розмір діаметра піттингу в гирлі | Мінімальний час досягнення допустимого (заданого) розміру діаметра піттингу в гирлі* | ||
| Ступінь ураження поверхні піттингами | Час досягнення допустимого (заданого) ступеня ураження* | ||
| Міжкристалітна корозія | Глибина проникнення корозії | Час проникнення на допустиму (задану) глибину* | |
| Зниження механічних властивостей (відносного подовження, звуження, ударної в'язкості, тимчасового опору розриву) | Час зниження механічних властивостей до допустимого (заданого) рівня * | ||
| Корозійне розтріскування | Глибина (довжина) тріщин | Швидкість зростання тріщин | Час до появи першої тріщини** |
| Зниження механічних властивостей (відносного подовження, звуження) | Час до руйнування зразка** Рівень безпечної напруги** (умовна межа тривалої корозійної міцності**) Пороговий коефіцієнт інтенсивності напруги при корозійному розтріскуванні** | ||
| Корозійна втома | Глибина (довжина) тріщин | Швидкість зростання тріщин | Кількість циклів до руйнування зразка** Умовна межа корозійної втоми** Пороговий коефіцієнт інтенсивності напруги при корозійній втомі** |
| Корозія, що розшаровує | Ступінь ураження поверхні відшарування Сумарна довжина торців з тріщинами | - | |
| Глибина проникнення корозії | Швидкість проникнення корозії | ||
У світі виробляється велика кількість виробів із заліза. Вони представлені і товарами промислового призначення, і продукції для використання в побуті. Завжди хочеться, щоби вони прослужили тривалий час. Утворення іржі не є корисним для предметів, виготовлених із заліза. Вона призводить до їх поломки та виходу з ладу. Саме тому слід знати про те, як прибрати іржу, і як протистояти її появі.
Для того, щоб іржа не завдала шкоди виробам, необхідно використовувати спеціальні засоби для того, щоб на поверхні об'єктів із заліза утворилася плівка, що захищає від проникнення в структуру металу повітря та води.
На сьогоднішній день для захисту від іржі використовуються такі методи:
- Гальванізація. Даний метод застосовується при виробництві нержавіючої сталі. На метал наноситься шар міді чи цинку. Також у деяких випадках застосовується кадмій. Дані речовини утворюють на поверхні не помітну плівку, яка надає матеріалу заліза щільність і високу стійкість до вологи та кисню.
- Катодний захист. Цей метод застосовується переважно для труб, які прокладаються глибоко під землею. До них проводиться електричний заряд, який викликає електрохімічну реакцію, запобігаю появі іржавого нальоту на поверхні труб.
- Нанесення на поверхню предметів із заліза лакофарбових виробів. Даний метод полягає в тому, щоб, крім декорування виробу, захистити його від нальоту іржі. Фарба тонким шаром покриває металу і не дає можливості волозі та повітрю дістатися до структури заліза.
Важливо: Для того щоб на фарбованому виробі не утворилося іржі, необхідно стежити, щоб фарба лежала рівним шаром і не мала жодних відколів. Інакше на поверхню металу впливатиме вологість та повітря.
В даний час є засоби для видалення іржі. Їх можна використати, коли наліт уже утворився. Вони спрямовані на те, щоб зробити структуру нальоту крихкішою для отримання можливості зняття його з поверхні металу.
Найпопулярнішим засобом усунення іржавого нальоту є перетворювач іржі. Він є розчином, який перетворює наліт на речовину, яка легко піддається усуненню. Багато таких засобів роблять структуру іржі більш однорідною, що дозволяє залишати її на поверхні металу для проведення лакофарбових робіт, якщо вона не порушує її рівність.
Сьогодні не рідко зустрічається спеціальна фарба по іржі. Вона представлена вітчизняному ринку великою кількістю марок. Її перевагою є те, що вона дає досить щільне покриття. Вона має потрійну дію.
Іржа- продукт взаємодії зовнішньої окисної атмосфери із залізом. Процес її утворення називається іржавленням (). Термін «іржа» властивий лише продуктам корозії заліза та його сплавів. Будь-які інші метали можуть кородувати, але не іржавіти!
Іржа - це гідратований окис заліза (гідроксід заліза). Хімічна формула іржі- Fe 2 O 3 H 2 Про (іноді пишуть просто Fe 2 O 3). На поверхні утворюється у вигляді шорсткого нальоту, що має пухку структуру. Колір іржі- Від помаранчевого до червоно-коричневого.
Залізо при рН середовища > 5,5 утворює важкорозчинний гідрат закису заліза, що має білий колір:
Fe 2+ mH 2 O + 2OH - = mH 2 O + Fe(OH) 2 ↓
При взаємодії гідрату закису заліза з розчиненим киснем у воді утворюються ще більш важкорозчинна сполука - гідрат окису заліза (бурий колір):
2Fe(OH) 2 + 1/2 O 2 + H 2 О = 2Fe(OH) 3 ↓
Вторинні продукти корозії (Fe(OH) 2 і Fe(OH) 3) можуть і надалі перетворюватися, з утворенням гідратованих оксидів FeO Fe 2 O 3 nH 2 Про - іржі. FeO – нестабільне з'єднання, тому у формулі іржі його часто просто не записують.
Реакції утворення іржі:
2e + 2H + - H 2;
4e +O 2 + 4H + - 2H 2 O;
2e + Fe(OH) 2 + 2H + - Fe + 2H 2 O;
2e + Fe 2+ - Fe;
2e + Fe(OH) 3 - + 3H + - Fe + 3H 2 O;
e + Fe(OH) 3 + H + - Fe(OH) 2 + H2O;
e + Fe(OH) 3 + 3H + - Fe 2+ + 3H 2 O;
Fe(OH) 3- + H + - Fe(OH) 2 + H 2 O;
e + Fe(OH) 3 - Fe(OH) 3-;
Fe 3+ + 3H 2 O - Fe(OH) 3 + 3H + ;
Fe 2+ + 2H 2 O - Fe(OH) 2 + 2H + ;
e + Fe 3+ - Fe 2+;
Fe 2+ + H 2 O - FeOH + H +;
FeOH + + H 2 O > Fe(OH) 2 + H +;
Fe(OH) 2 + H 2 O - Fe(OH) 3- + H +;
Fe 3+ + H 2 O - FeOH 2+ + H +;
FeOH 2+ + H 2 O - Fe(OH) 3 + H +;
FeOH 2+ + H + - Fe 2+ + H 2 O;
e + FeOH 2+ + 2H + - Fe 2+ +2H 2 O;
e + Fe(OH) 3 + H + - Fe(OH) 2 + H 2 O;
e + Fe(OH) 3 + 2H + - FeOH + + 2H 2 O;
e + Fe(OH) 3 + 3H + - Fe 2+ + 3H 2 O.
Іржа може існувати у двох формах: магнітної (γ-Fe2O3) і немагнітної (α-Fe2O3). Гідратований окис заліза в α формі (гематит) -стабільніше з'єднання. Розчин, насичений іржею, майже нейтральний. γ- Fe 2 O 3 зазвичай між гідратованими оксидами Fe 2 O 3 і FeO утворює чорний проміжний шар. Тому можна сказати, що іржа складається з трьох шарів оксидів заліза різного ступеня окиснення.
Процес іржавлення металу починається лише за наявності в повітрі вологи. При попаданні на поверхню виробу із заліза краплі води, через деякий час можна помітити зміну її кольору. Крапля стає каламутною і поступово забарвлюється у бурий колір. Це свідчить про появу в місці контакту води з поверхнею продуктів корозії заліза.
Якщо іржа вже утворилася – зупинити процес корозії вкрай важко і не завжди вдається. Краще його попереджати та заздалегідь захищати метал!
XV Міська науково-практична конференція школярів
«Юність. Наука. Творчість»,
Секція початкової школи
Дослідницька робота
« Що таке іржа та її роль в екології»
Виконала:
учениця 4 «З» класу
МБОУ ЗОШ №3
Консультант:
педагог додаткового
освіти Центру
позашкільної роботи
ЗАТЕ м. Міжгір'я
ВСТУП. 3
РОЛЬ МЕТАЛІВ У життєдіяльності ЛЮДИНИ.
МЕТАЛИ ТА РЖАВЧИНА.. 7
ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА. 9
ЗАЛІЗУ ТА ЕКОЛОГІЯ. 14
ВИСНОВОК. 15
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ.. 19
ДОДАТОК. 20
ВСТУП
5) водопровідна вода.
Помістивши залізні цвяхи у різні середовища на тривалий термін (4 місяці) та спостерігаючи за ними, отримав такі результати:
1. У лужному середовищі цвях залишився без змін.
2. У кислому середовищі цвях з'їдено оцтовою кислотою.
3. У дистильованій воді цвях покрився тонким шаром пухкої іржі.
4. У водопровідній воді цвях покрився щільним товстим шаром іржі.
5. У водопровідній воді пофарбований цвях залишився без зміни.
Висновок:
· Водопровідна вода - найсприятливіше середовище для виникнення іржі, тому що в ній міститься багато домішок;
· Найсприятливіше середовище запобігання заліза від іржі– лужна, оскільки додавання соди до води, послабило корозію металу;
· Забарвлений цвях, покритий емаллю, не іржавіє, так як шар емалі є захисним покриттям.
Проблема захисту металів від корозії виникла дуже давно, майже відразу ж як людина почала їх використовувати. Люди намагалися захистити метали від атмосферного впливу з допомогою жиру, масел чи покриттям іншими металами. У працях давньогрецького історика Геродота (V століття е.) вже згадується застосування олова для захисту заліза від корозії.
А які ще метали можуть захистити залізо від розкладання?
Для цього я вирішила дізнатися, як різні метали протистоять корозії та провести наступний досвід.
ДОСВІД 2.«Як різні метали протистоять корозії»
Мета досвіду:з'ясувати, який метал і за яких умов піддається корозії найшвидше.
Матеріали та обладнання:для проведення експерименту знадобилося 5 цвяхів, 5 пробірок, 5 склянок з різними розчинами:
1) сіль + сода + залізний цвях;
2) сіль + залізний цвях;
3) сіль + залізний цвях, обмотаний мідним дротом;
4) сіль + залізний цвях, обмотаний алюмінієвим дротом;
5) проста водопровідна вода + залізний цвях.
У кожному розчині знаходиться цвях, закритий пробіркою. Усередині пробірки залишається простір із повітрям.
Через деякий час мої спостереження призвели до наступних результатам:
1. Порівняємо склянки № 2 і № 3. В обох випадках залізо знаходилося в тому самому розчині, тільки в склянці № 3 воно стикалося з міддю. В обох випадках сталася корозія і з'явився бурий осад іржі. Тільки у склянці №3 іржі вийшло багато, а у склянці №2 – мало. Тому і витрата кисню в № 3 великий, вода в пробірці піднялася високо, у другому витрата кисню мала, тому вода піднялася небагато.
2. Порівняємо склянку № 1 із розчином солі та соди зі склянкою № 2 із розчином солі. В обох випадках сталася корозія, але додавання соди до розчину солі послабило корозію. Через створення лужного середовища іржі утворилося мало, кисню в пробірці використовувалося менше, вода вгору не піднялася.
3. Порівняємо склянки № 2 і № 4. Обидва цвяхи знаходилися в одному розчині, тільки тепер цвях стикався з алюмінієвим дротом. В обох випадках сталася корозія, лише опади вийшли різного кольору. Отже, у досліді №4 корозіювало не залізо, а алюміній.
Висновок:велика кількість іржі утворилася у склянках № 2, 3, 5, незначна кількість іржі – у склянці № 1, а у склянці № 4 іржа не утворилася.
Розібратися з цим результатом допомогла вчителька хімії. Вона показала електрохімічний ряд активності металів і пояснила, що чим лівіше знаходиться метал у цьому ряду, тим він є активнішим.
Алюміній Alзнаходиться ліворуч, ніж залізо Feтому його активність більша. У склянці №4 іржі немає, сталася корозія – утворився оксид алюмінію.
Мідь Cuзнаходиться правіше від заліза Feі менш активний, у склянці № 3 сталася корозія заліза та утворився оксид міді.
Висновок:
1. Корозія металів (руйнування)не має позитивних ефектів, тому весь науковий світ посилено шукає способи захисту металевих конструкцій від будь-яких видів корозії.
2. Корозія металу різко посилюєтьсяякщо залізо стикається з менш активним металом, розташованим правіше, ніж залізо.
3. Корозія сповільнюєтьсяякщо залізо стикається з більш активним металом, розташованим лівіше, ніж залізо.
4. Швидкість корозії металузалежить від складу середовища, що омиває метал. Одні з середовищ посилюють корозію, інші - послаблюють.
 |
4. Чим більшеу залозі домішоктим легше воно покривається іржею і поступово руйнується.
5. Легше попередити іржучим зупинити її, коли вона з'явилася.
Залізо та екологія
Людство у процесі життєдіяльності впливає різні екологічні системи. Приклад негативних впливів є несанкціоновані звалища металобрухту. У процесі експлуатації вироби з металу покриваються різними хімічними складами: барвниками, розчинниками, машинними оліями, миючими засобами, антикорозійними покриттями і викидаються у навколишнє середовище (див. Додаток).
Вони завдають шкоди природним місцям проживання тварин і рослин, змінюють природні ландшафти, викликають ускладнення екологічної та санітарної обстановки у населених пунктах.
Зміни, що відбуваються в природі, в результаті утворення звалища спричиняють наступні наслідки:
1) небезпечні речовини з поверхні металу просочуються в ґрунт та підземні води та є загрозою зараження ґрунту, питної води;
2) змінюється мікроклімат навколо звалища, який негативно впливає на рослинний та тваринний світ (шматки металів травмують тварин).
Час, витрачений для розкладання заліза, становить: на землеліт, у прісній воді – близько 3 – 5 років, у солоній воді – 1 – 2 роки.
Найбільш ефективним способом вирішення проблеми є вторинна переробка металу. Для цього потрібно відновлювати збори металобрухту, макулатури, склопосуду. У вирішенні цієї проблеми можуть брати активну участь і школярі і дорослі. Кожна людина з дитячих років повинна шанобливо ставитися до навколишньої природи, землі, грунту.
Висновок:
1. Сучасний стан ґрунтового покриву нашої країни незадовільний і продовжує погіршуватися.
2. Людина руйнує зв'язки, що склалися в природній екосистемі. Це може призвести до екологічної катастрофи.
3. Відновлення збору металобрухту для вторинної переробки збереже навколишню екосистему.
ВИСНОВОК
Виходячи з висновків, можна перерахувати такі способи попередження та боротьби з корозією на практиці.
Способи попередження та боротьби з корозією на практиці:
l взаємодія з більш активними металами (наприклад, до трубопроводів та корпусів суден при тривалій стоянці приєднують зливки з магнію або цинку);
l покриття лаками, фарбами, мастилами, захисними шарами з інших металів (встановлено, що ідеальний захист від корозії на 80 % забезпечується правильною підготовкою поверхні, і лише на 20 % якістю використовуваних лакофарбових матеріалів та способом їх нанесення);
l додавання спеціальних речовин (інгібіторів), які уповільнюють корозію.
Наприклад:
1. Знаменита Ейфелева вежа, покрита захисною фарбою. Загальна вага фарби перевищує кілька тонн.
2. Ядро планети Земля складається на 35% із заліза та нікелю.
3. Біля міста Делі в Індії стоїть залізна колона, яка не іржавіє, хоча її вік майже 2800 років. Це знаменита Кутубська колона заввишки близько семи метрів та масою 6,5 тонн. Напис на колоні говорить про те, що вона була поставлена в ІХ столітті до нашої ери. Колона була виготовлена з чистого металу: заліза в колоні виявилося 99,72%. Цим і пояснюється її довговічність.
Вивчаючи та розглядаючи літературу, я дізналася, що залізо не зараховують до «шляхетних» металів. Але завдяки властивості іржавіти залізо і є «шляхетний» метал, справжнісінький з усіх. Якби залізо, подібно до срібла і золота, не іржавіло, тобто не окислялося, то ми не існували б, і жодна рослина не зеленіла б на Землі. Усі фарби, які має наша Земля, всі кольори, якими блищить рубін, залежать від присутності в ньому окисленого заліза.
Розчинена у воді іржа становить частину їжі рослин та надає їм зеленого кольору. Через нестачу іонів заліза рослини бліднуть. Та ж «іржа» (іони заліза) забезпечує нашу кров і надає їй червоного кольору.
Підбираючи інформацію про іржу, я дізналася, що рослин має хворобу, викликану іржовими грибами. Вона вражає багато сільськогосподарських, лісових і декоративних культур. На рослинах утворюються суперечки гриба, у тому числі висипається іржавий порошок. Врожайність різко знижується.
Існують також іржі гриби. Налічується понад 5000 видів. Деякі є збудниками іржі рослин. Наприклад, суперечки хлібної іржі. Грибок зимує як чорної гнилі. Зимові суперечки проростають навесні на барбарисі, звідки хвороба переноситься на злаки.
Спори хлібної іржі (вигляд під мікроскопом)
Лист, уражений іржовим грибом
А це – золотиста іржа хвої ялинки. Розвивається на листі багна, потім переходить на ялинку. Уражена відмираюча хвоя яскраво-жовтогарячого забарвлення чітко виділяється на темно-зеленому тлі здорової крони.
https://pandia.ru/text/77/498/images/image022_2.jpg" alt="(!LANG:John Ruskin.jpg" width="233" height="231">!}
Виходячи з вище сказаного, я можу стверджувати, що, незважаючи на всі втрати та збитки, які завдає іржа діяльності людини, без неї ми не змогли б існувати. Отже, моя гіпотеза знайшла своє підтвердження: якщо залізо іржавіє, тобто розкладається, це необхідне явище для всього живого в природі. Але це не говорить про те, що людина повинна нескінченно видобувати з надр землі всі її багатства і марнотратно їх використовувати. Ми повинні навчитися берегти природу та її багатства, вона не вибачає помилок.
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. Ненсі К. О "Лірі, Сьюзен Шеллі. Захоплюючі досліди. Переклад з англійської А. Галигіна, В. Герцика, Н. Харламової. - М.: АСТ", "Видавництво Астель", 2009
2. Велика енциклопедія «Чомучок».- М.: «РОСМЕН», 2006
3. Я пізнаю світ. АСТ», 1999
4. Пізнавальний журнал "Дитяча енциклопедія" № 12-97: "Метали від А до Я". Москва, 1996
5. За сторінками підручника з географії. Освіта, 1988
6. Інтернет – сайт «Вікіпедія»
7. Інтернет – сайт «Чомучки. ru»
ДОДАТОК
додаток
НАСЛІДНІСТЬ ОСВІТИ РЖАВЧИНИ
https://pandia.ru/text/77/498/images/image024_3.jpg" alt="(!LANG:http:///rwx/crust02.jpe" width="257" height="270">!}
1 етап 2 етап
додаток
РЕЗУЛЬТАТ ДІЯЛЬНОСТІ ЛЮДИНИ
Забруднення природи відходами життєдіяльності людини
https://pandia.ru/text/77/498/images/image028_1.png" alt="(!LANG:G:\Грамота\свалка1.jpg" align="left" width="592 height=380" height="380" style="margin-top: 1px;margin-bottom:2px">!} Вітчизняний автомобіль «Перемога»
Легендарний підводний човен «Курськ»
За статистикою, втрати від іржі (корозії) становлять до 12% від виробленого металу. Умови експлуатації металевих виробів та конструкцій постійно посилюються, у тому числі через забруднення атмосфери. Так, викиди оксидів сірки чи азоту призводять до утворення мікрокрапель сірчаної чи азотної кислот, у своїй швидкість освіти іржі збільшується у кілька разів.
Іржа - хімічні основи процесу
Залізо – хімічно активний метал, який у присутності води та кисню легко окислюється, утворюючи кілька сполук – оксидів, гідроксидів та його гідратів. Як не дивно, але точної формули іржі не існує: залежно від умов навколишнього середовища продукт окислення заліза має змінний склад: nFe(OH)3*mFe(OH)2*pH2O. Поразка іржею відбувається по всій поверхні металу, але найбільш уразливими місцями є зварні шви, внутрішні кути конструкцій, отвори для різьбових з'єднань. По структурі іржа дуже пухка, зчеплення з металом практично відсутня. Через високу пористість шар іржі легко затримує атмосферну вологу, створюючи сприятливі умови для подальшого руйнування металу.
Небезпека процесу в тому, що візуально оцінити ступінь ураження металевої конструкції неможливо: під червоно-бурим шаром іржі метал може бути повністю зруйнований. Якщо вчасно не вжити заходів, результат може бути плачевним, аж до повного руйнування виробу. Одна справа, якщо це іржавий цвях у стіні дачного будиночка, і зовсім інша - якщо іржа вразила опору ЛЕП або корпус морського судна.
Способи видалення іржі
Народна мудрість говорить, що будь-яку проблему простіше запобігти, ніж потім докладати героїчних зусиль для усунення її наслідків. Іржа – не виняток. За останні 20-30 років хіміки та фізики запропонували чимало способів запобігання корозії – від захисних покриттів до складних інженерних споруд – станцій електрохімічного захисту.
Якщо іржа все-таки з'явилася – це не привід опускати руки: є чимало ефективних способів її видалення, і чим раніше вжито активних заходів, тим більшим буде ефект від їх застосування. Отже, все по порядку.
Механічне видалення іржі
Продукти корозії мають малу адгезію і тому легко видаляються з поверхні металу при механічному впливі - наприклад, при обробці металевою щіткою. Зняти іржавий наліт з великих виробів можна за допомогою шліфувального верстата, дотримуючись при цьому простого правила: починати потрібно з великого зерна, а для фінішної обробки використовувати найдрібніше. Ділянки металу, з яких видалена іржа, виявляються беззахисними перед атмосферним впливом. Якщо їх не обробити антикорозійними складами, що запобігають контакту з водою та киснем, процес іржавіння тільки прискориться.
Хімічні засоби видалення іржі
Знаючи природу та хімічний склад іржі, логічно припустити, що видалити її можна за допомогою кислот. Зі шкільного курсу хімії відомо, що оксиди та гідроксиди металів легко взаємодіють з кислотами, при цьому утворюються солі заліза та відповідної кислоти та вода.
Наприклад, при дії соляної кислоти відбуваються наступні реакції:
- 2Fe (OH)3 + 6HCL → 2FeCl3 + 6H2O
- Fe (OH)2 + 2HCL → FeCl2 +2H2O
Хлорид заліза, що утворюється, - водорозчинна сіль, яку необхідно видалити з поверхні оброблюваного виробу простим ополіскуванням у воді, а потім насухо витерти поверхню. Не треба чекати, доки іржа почне утворюватися знову, очищені ділянки слід обробити захисними складами.
При обробці кислотами існує небезпека розчинення металу, оскільки залізо в електрохімічному ряді напруг стоїть до водню, воно активно реагує з багатьма розведеними кислотами:
- Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
Тому перш, ніж зайнятися хімічними експериментами в домашніх умовах, необхідно почитати відповідну літературу. Усунути побічний ефект допоможе інгібітор корозії – уротропін, при додаванні лише 1-2 г на літр розчину соляної кислоти реакція із залізом не протікає.
Перетворювачі іржі
Рідкі склади на основі ортофосфорної кислоти є відмінним способом запобігти подальшому утворенню іржі на поверхні сталевих та залізних виробів. При такому способі обробки попередньо видаляються ті ділянки іржі, які слабо тримаються на основі. Ортофосфат заліза, що утворюється в процесі реакції, створює міцну захисну плівку, через яку не проникає волога і кисень, завдяки чому запобігається подальша корозія металу. Для прискорення процесу висихання на літр 25% розчину ортофосфорної кислоти можна додати 30-40 мл ізобутилового спирту або 15 грамів винної кислоти.
Сучасне обладнання для видалення іржі
Механічні способи очищення поверхні від іржі за допомогою підручних засобів застосовні далеко не завжди, якщо виріб має складну форму, то обробити всі ділянки неможливо. Хімічні засоби теж мають свої недоліки, при недотриманні елементарних правил техніки безпеки можна отримати хімічний опік або отруєння. Певну проблему є й утилізація відпрацьованих розчинів.
Оптимальним способом видалення іржі, особливо з поверхні виробів складної геометричної форми є м'який бластинг. Суть методу полягає в наступному, на металевий виріб прямує струмінь стисненого повітря, що містить спеціальні абразивні гранули. Змінюючи тиск, можна регулювати глибину шару, що знімається з поверхні – таким чином видаляється лише шар іржі або окалини, а метал залишається недоторканим. Гранули ARMEX, що використовуються в апараті для м'якого бластингу, складаються з найдрібніших частинок соди та крейди. Потрапляючи під великим тиском на поверхню, вони легко видаляють не тільки іржу, а й лакофарбові матеріали.
Відмінною особливістю методу є абсолютна екологічна безпека: компоненти, що застосовуються, хімічно інертні. Численні дослідження довели, що на поверхні металу практично не утворюються подряпини та інші мікроскопічні дефекти, які можуть стати центрами повторного утворення іржі. Лужна природа гранул сприяє утворенню пасивної плівки на виробах із заліза чи сталі, оберігаючи основний обсяг металу від корозійного руйнування.
Найкращі результати застосування апарату м'якого бластингу Nordblast NB 28-2 отримані під час обробки деталей машин або яхт. Процес чищення від іржі залежить від ступеня корозії, зазвичай на повну обробку автомобіля йде 1 день, яхти – 2 дні.
Чим раніше виявлено проблему, тим простіше боротися з іржею. Який спосіб найбільш переважний - кожен вирішує самостійно, але не варто користуватися дідівськими методами, якщо є обладнання, що видаляє іржу зі 100% ефективністю!
Що є спільного між іржавим цвяхом, проржавілим мостом або залізним парканом? Чому взагалі іржавіють залізні конструкції та вироби із заліза? Що таке іржа як така? На ці запитання намагатимемося дати відповіді у нашій статті. Розглянемо причини іржавлення металів та способи захисту від цього шкідливого для нас природного явища.
Причини іржання
Все починається із видобутку металу. Не лише залізо, а й, наприклад, і магній – видобувають спочатку у вигляді руди. Алюмінієва, марганцева, залізна, магнієва руди містять у собі не чисті метали, які хімічні сполуки: карбонати, оксиди, сульфіди, гидроксиды.
Це хімічні з'єднання металів з вуглецем, киснем, сіркою, водою і т. д. Чистих металів у природі раз, два і обчелся - платина, золото, срібло - шляхетні метали - вони зустрічаються у формі металів у вільному стані, і не сильно прагнуть до утворенню хімічних сполук.
Проте більшість металів у природних умовах все ж таки не є вільними, і щоб вивільнити їх з вихідних сполук, необхідно руди плавити, відновлювати таким чином чисті метали.
Але виплавляючи металовмісну руду, ми хоч і отримуємо метал у чистому вигляді, це все ж таки стан нестійкий, далекий від природного природного. Тому чистий метал у звичайних умовах навколишнього середовища прагне повернутися назад у вихідний стан, тобто окислитися, а це і є корозія металу.
Таким чином, корозія є природним для металів процесом руйнування, що відбувається в умовах взаємодії з навколишнім середовищем. Зокрема, іржавлення - це процес утворення гідроксиду заліза Fe(ОН)3, який протікає в присутності води.
Але на руку людям грає той природний факт, що окислювальна реакція протікає у звичній нам атмосфері не особливо стрімко, вона йде з дуже невеликою швидкістю, тому мости та літаки не руйнуються миттєво, а каструлі не розсипаються на очах у рудий порошок. До того ж корозію в принципі можна уповільнити, вдавшись до деяких традиційних хитрощів.
Наприклад, нержавіюча сталь не іржавіє, хоч і складається із заліза, схильного до окислення, вона тим не менш не покривається рудим гідроксидом. А річ тут у тому, що нержавіюча сталь – це не чисте залізо, нержавіюча сталь – це сплав заліза та іншого металу, головним чином – хрому.
Крім хрому до складу сталі можуть входити нікель, молібден, титан, ніобій, сірка, фосфор і т. д. Додавання до сплавів додаткових елементів, відповідальних за певні властивості одержуваних сплавів, називається легуванням.
Шляхи захисту від корозії
Як ми зазначили вище, головним легуючим елементом, що додається до звичайної сталі для надання їй антикорозійних властивостей, є хром. Хром окислюється швидше заліза, тобто набуває удару на себе. На поверхні нержавіючої сталі, таким чином, з'являється спочатку захисна плівка з оксиду хрому, яка має темний колір, і не така пухка, як звичайна залізна іржа.
Оксид хрому не пропускає через себе шкідливі для заліза агресивні іони з навколишнього середовища, і метал виявляється захищеним від корозії, наче міцним захисним герметичним костюмом. Тобто оксидна плівка у разі несе захисну функцію.
Кількість хрому в нержавіючій сталі, як правило, не нижче 13%, трохи менше в нержавіючій сталі міститься нікелю, і в набагато менших кількостях є інші легуючі добавки.
Саме завдяки захисним плівкам, що приймають на себе вплив навколишнього середовища першими, багато металів виходять стійкими до корозії у різних середовищах. Наприклад, ложка, тарілка або каструля, виготовлені з алюмінію, ніколи особливо не блищать, вони, якщо придивитися, мають білий відтінок. Це якраз оксид алюмінію, який утворюється при контакті чистого алюмінію з повітрям і захищає потім метал від корозії.
Плівка оксиду виникає сама, і якщо зачистити алюмінієву каструлю наждачним папером, то через кілька секунд блиску поверхня знову стане білястою – алюміній на зачищеній поверхні знову окислиться під дією кисню повітря.
Оскільки плівка оксиду алюмінію утворюється на ньому сама, без особливих технологічних хитрощів, вона називається пасивною плівкою. Такі метали, на яких оксидна плівка утворюється природним чином, називаються такими, що пасивуються. Зокрема алюміній — метал, що пасивується.
Деякі метали примусово переводять у пасивний стан, наприклад, вищий оксид заліза — Fe2О3 здатний захистити залізо та його сплави на повітрі при високих температурах і навіть у воді, чим не може похвалитися ні рудий гідроксид, ні нижчі оксиди того ж заліза.
Є у явищі пасивації та нюанси. Наприклад, у міцній сірчаній кислоті миттєво пасивована сталь виявляється стійкою до корозії, а слабкому розчині сірчаної кислоти відразу почнеться корозія.
Чому так відбувається? Розгадка парадоксу, що здається, полягає в тому, що в міцній кислоті на поверхні нержавіючої сталі миттєво утворюється пасивуюча плівка, оскільки кислота більшої концентрації має яскраво виражені окислювальні властивості.
У той самий час слабка кислота не окислює сталь досить швидко, і захисна плівка не формується, починається корозія. У таких випадках, коли окисне середовище недостатньо агресивне, для досягнення ефекту пасивації вдаються до спеціальних хімічних добавок (інгібіторів, уповільнювачів корозії), що допомагають утворенню пасивної плівки на поверхні металу.
Так як не всі метали схильні до утворення на їх поверхні пасивних плівок, навіть примусово, то додавання сповільнювачів в окисне середовище просто призводить до превентивного утримання металу в умовах відновлення, коли окислення енергетично пригнічується, тобто в умовах присутності в агресивному середовищі. .
Є й інший шлях утримання металу в умовах відновлення, якщо немає можливості використовувати інгібітор, - застосувати активніше покриття: оцинковане відро не іржавіє, оскільки цинк покриття корродує при контакті з навколишнім середовищем вперед заліза, тобто приймає удар на себе, будучи активнішим металом , Цинк охочіше вступає в хімічну реакцію.
Дно корабля часто захищене аналогічним чином: до нього кріплять шматок протектора, і тоді протектор руйнується, а днище залишається неушкодженим.
Електрохімічний антикорозійний захист підземних комунікацій — також дуже поширений шлях боротьби з утворенням на них іржі. Умови відновлення створюються подачею негативного катодного потенціалу на метал, й у такому режимі процес окислення металу не зможе протікати просто енергетично.
Хтось може запитати, чому схильні до ризику корозії поверхні просто не фарбують фарбою, чому б просто не покривати щоразу емаллю вразливу до корозії деталь? Навіщо потрібні саме різні способи?
Відповідь проста. Емаль може пошкодитися, наприклад автомобільна фарба може в непомітному місці відколотися, і кузов почне поступово але безперервно іржавіти, оскільки сірчисті з'єднання, солі, вода, кисень повітря - надходитимуть до цього місця, і в результаті кузов буде руйнуватися.
Щоб такий розвиток подій запобігти, вдаються до додаткової антикорозійної обробки кузова. Автомобіль - це не емальована тарілка, яку можна у разі пошкодження емалі просто викинути, і купити нову.
Поточний стан справ
Незважаючи на вивченість і пропрацьованість явища корозії, незважаючи на застосовувані різнобічні методи захисту, корозія досі становить певну небезпеку. Трубопроводи руйнуються і це призводить до викидів нафти та газу, падають літаки, зазнають краху поїзда. Природа складніша, ніж може здатися на перший погляд, і людству належить вивчити ще багато сторін корозії.
Так, навіть корозійностійкі сплави виявляються стійкими лише в деяких передбачуваних умовах, для роботи в яких вони спочатку призначені. Наприклад, нержавіючі сталі не терплять хлоридів, і уражаються ними – виникає виразкова, точкова та міжкристалічна корозія.
Зовні без натяку на іржу конструкція може раптово впасти, якщо всередині утворилися дрібні, але дуже глибокі поразки. Мікротріщини, що пронизують товщу металу непомітні зовні.
Навіть сплав не схильний до корозії може раптово розтріскатися, будучи під тривалим механічним навантаженням - просто величезна тріщина раптово зруйнує конструкцію. Таке вже траплялося у всьому світі з металевими будівельними конструкціями, механізмами, і навіть із літаками та вертольотами.
Андрій Повний
