Как защититься от коррозии металла

N+1Наука

За нами не заржавеет

Как защититься от коррозии металла

Наталья Самойлова

Коррозии подвластно все: от велосипеда, который вы оставили под дождем, до мостов, самолетов и нефтяных танкеров. Нередко она становится причиной страшных аварий, а на борьбу с ее последствиями человечество каждый год тратит 3,4 процента ВВП. Вместе с Уральским федеральным университетом (УрФУ) разбираемся, с чего начинается процесс коррозии, почему нельзя сажать медную обшивку на железные гвозди и как нам могут помочь бактерии и 3D-печать.

Медь, железо и гады морские

В 1761 году сотрудники Британского адмиралтейства решились на смелый эксперимент: покрыть деревянное судно медной обшивкой. Предполагалось, что она защитит корпус и днище от моллюсков, которые нарастали вокруг киля и тормозили движение судна. Некоторые разновидности этих беспозвоночных даже протачивали деревянные доски. Медь должна была уберечь деревянный корпус, а ее уже известные к тому моменту токсические свойства — не дать моллюскам прицепиться сверху.

Полем для экспериментов стал новый 32-пушечный фрегат Alarm, спущенный на воду в 1758 году. Обшивку сделали из тонких медных листов, которые закрепили на дереве с помощью железных гвоздей. После этого Alarm снова отправился в плавание. Когда спустя два года фрегат вытащили на берег и тщательно осмотрели, выяснилось, что медная обшивка выполнила свою задачу на отлично. Деревянный корпус фрегата почти не пострадал, а слой моллюсков, наросший вокруг киля, был совсем небольшим. Но вот сама обшивка оказалась не в лучшем состоянии и местами уже буквально отваливалась — и все из-за железных гвоздей, некоторые из которых проржавели насквозь.

Инженеры, которые осматривали корабль, удивились: железные гвозди и другие детали до этого уже использовали в кораблестроении, но никогда они не выходили из строя так быстро. Более детальный осмотр выявил еще один удивительный факт: сильнее всего пострадали гвозди, которые находились с медью в непосредственном контакте, а те, что были изолированы деревом или вощеной бумагой, сохранились лучше.

Аlarm сражается против двух испанских судов. Битва происходила в 1762 году — как раз во время эксперимента с медной обшивкой. Dominic Serres / Capture of the Spanish ships Thetis and Phenix by the Alarm in the West Indies

Сотрудники Адмиралтейства сделали вывод, что медь можно использовать для защиты судов, но между слоями железа и меди необходимо делать изолирующие прокладки. Эта история — один из первых изученных и описанных в литературе случаев электрохимической коррозии металлов.

Что такое коррозия

Коррозией называют разрушение металла в результате химического, электрохимического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Науке известно множество видов коррозии, и все они начинаются по-разному.

Самый простой вариант коррозии — химическое окисление. В воздухе содержится 21 процент кислорода, который является сильным окислителем и всегда готов вступить в реакцию с металлами, превращая их в соответствующие оксиды. Чтобы оценить принципиальную возможность и скорость этого процесса, нужно учесть активность конкретного металла, давление кислорода и температуру.

Самые активные щелочные металлы — литий, натрий и другие — мгновенно вступают в бурную реакцию с кислородом, поэтому в лабораториях их хранят под слоем керосина. Благородные металлы, например золото и платина, не окисляются даже при самых высоких температурах. Платиновые тигли можно использовать для проведения термогравиметрического анализа при температурах вплоть до 1600 градусов Цельсия.

Остальные металлы располагаются где-то между этими крайними случаями. Например, железо (Fe) начинает активно реагировать с кислородом воздуха при температуре выше 200 градусов Цельсия, а без нагревания реакция идет медленно. Слой оксида, появившийся на поверхности металла, дополнительно ее замедляет: новым молекулам кислорода становится труднее добраться до поверхности металла. Поэтому в сухом воздухе конструкции из железа и близких по активности металлов сохраняются достаточно хорошо.

Но все меняется, когда в дело вступает вода.

Просто добавь воды

Как правило, на металлических конструкциях встречаются детали, выполненные из другого металла или сплава, например заклепки и сочленения. Во время погружения в воду место контакта двух металлов работает как гальванический элемент, то есть химический источник электрического тока. Никакие провода для этого не требуются — точнее, проводником выступает вся металлическая конструкция. Более активный (с более низким электродным восстановительным потенциалом) металл становится «анодом»: он передает часть электронной плотности другому металлу, а сам начинает растворяться, переходя в состояние катиона. Менее активный металл выступает в роли «катода»: полученные электроны на нем используются для восстановления кислорода.

Затем два новых иона, катион металла и кислородсодержащий анион, соединяются и образуют гидроксид или оксид. Второй металл, как правило, в химические превращения не вступает и остается только проводником электронов. При этом образующийся оксид постоянно находится в контакте с жидкостью. Вода с растворенным кислородом может проникать под слой оксида и взаимодействовать с ним, и тогда реакция продолжается. Как раз такой процесс и произошел в обшивке фрегата Alarm: катодом стала медь, а анодом — железные гвозди.

Нежелательный гальванический элемент может образоваться и на однородной металлической конструкции — возле дефекта, шероховатости или загрязнения. Все подобные процессы относятся к электрохимической коррозии.

Если металл взаимодействует с растворами кислот, коррозия происходит еще быстрее. В этом случае необязательно, чтобы разные металлы соседствовали друг с другом: металл может вступить в окислительно-восстановительную реакцию с катионами водорода H

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

В ушах и носу млекопитающих нашли новую скелетную ткань — липохрящ В ушах и носу млекопитающих нашли новую скелетную ткань — липохрящ

Группа ученых из десяти стран открыла липохрящ — новую скелетную ткань

N+1
Не только «Уэнсдей»: лучшие танцы в истории кино Не только «Уэнсдей»: лучшие танцы в истории кино

Какие танцы из истории кинематографа заставляли нас покрываться мурашкам?

Правила жизни
Муравьи запомнили запах своих врагов Муравьи запомнили запах своих врагов

Черные садовые муравьи запоминают своих сородичей из других колоний после стычек

N+1
Анализы для вегетарианцев Анализы для вегетарианцев

Как не навредить себе, перейдя на вегетарианство?

Лиза
5 советов, как отключить голову во время секса 5 советов, как отключить голову во время секса

Как перестать думать о неважном и начать чувствовать?

Psychologies
Когда можно бросить начатое: 5 ситуаций — мнение психотерапевта Когда можно бросить начатое: 5 ситуаций — мнение психотерапевта

Пять примеров, когда бросить начатое не только возможно, но и необходимо

Psychologies
Сермяжная готика Сермяжная готика

«Уэнсдей»: как Тим Бёртон предал семейку Аддамс

Weekend
8 книг для тех, кто в новом году решил начать жизнь с чистого листа 8 книг для тех, кто в новом году решил начать жизнь с чистого листа

Книги, с которыми вы наведете порядок в разных сферах своей жизни

ТехИнсайдер
Как простить обиду: 12 полезных советов — узнайте прямо сейчас Как простить обиду: 12 полезных советов — узнайте прямо сейчас

Советы, которые помогут простить обидчика

Psychologies
Его глаза: как найти и потерять мужа в отеле Его глаза: как найти и потерять мужа в отеле

Гостья отеля была уверена, что живет с бывшим мужем, но все оказалось иначе

Правила жизни
«Идол, защищайся!» «Идол, защищайся!»

Культ образов и иконоборческое насилие в Средние века

N+1
Как Лионель Месси победил редкую болезнь и стал величайшим футболистом (спойлер: спасибо бабушке!) Как Лионель Месси победил редкую болезнь и стал величайшим футболистом (спойлер: спасибо бабушке!)

Кому Лионель Месси обязан своей блестящей карьерой

VOICE
Как очистить память на айфоне: 7 способов Как очистить память на айфоне: 7 способов

Как избавиться от ненужных приложений и файлов на айфоне?

CHIP
Кофе — спасение от диабета? Удивительные свойства напитка! Кофе — спасение от диабета? Удивительные свойства напитка!

Регулярное употребление кофе может оказаться полезным для женщин

ТехИнсайдер
«Рождественская звезда»: как ухаживать за пуансеттией — красивейшим растением ярко-красного цвета «Рождественская звезда»: как ухаживать за пуансеттией — красивейшим растением ярко-красного цвета

Пуансеттия — это рождественский кустарник ярко-красного цвета

ТехИнсайдер
Наглядный пример: как видят мир кошки и человек Наглядный пример: как видят мир кошки и человек

Задумывались ли вы, как ваш любимый пушистик видит этот мир?

ТехИнсайдер
«Уход конкурентов — это не столько удача, сколько вызов» «Уход конкурентов — это не столько удача, сколько вызов»

Директор Завода технологических источников — как создавался промышленный стартап

Эксперт
Вот что точно не ели динозавры: удивительные факты! Вот что точно не ели динозавры: удивительные факты!

Какие виды динозавров хрустели твердыми костями, а какие ели более мягкую пищу?

ТехИнсайдер
Loc-Dog: «Мне никогда не было тяжело» Loc-Dog: «Мне никогда не было тяжело»

Рэпер Loc-Dog рассказал о том, боится ли он разочаровать публику

ЖАРА Magazine
Как в 50 выглядеть на 30: моржевание и еще 4 секрета красоты нестареющей китаянки Как в 50 выглядеть на 30: моржевание и еще 4 секрета красоты нестареющей китаянки

Китаянка Лю Елинь доказала, что остановить старение вполне реально!

VOICE
Новый русский Новый русский

Правда ли, что мы стали менее вежливыми?

Grazia
Юлия Снигирь и Евгения Добровольская о фильме «Время года зима» и женщинах в кино Юлия Снигирь и Евгения Добровольская о фильме «Время года зима» и женщинах в кино

Юлия Снигирь и Евгения Добровольская — о том, как женщины меняют российское кино

Forbes
Как появился компьютерный интерфейс: прорыв легендарного американского изобретателя Как появился компьютерный интерфейс: прорыв легендарного американского изобретателя

Как случилась «мать всех презентаций»

ТехИнсайдер
Вокруг и около: приемы импровизации, которые помогут в публичном выступлении Вокруг и около: приемы импровизации, которые помогут в публичном выступлении

Какие приемы можно использовать, чтобы сделать свое выступление эффектным?

Inc.
Иллюзия или реальность: почему на кладбище ночью светят могилы? Иллюзия или реальность: почему на кладбище ночью светят могилы?

Свет над могилами — души умерших?

ТехИнсайдер
Мексиканские маски смерти, полная Луна и гламурный Островский. Интервью с режиссером Данилом Чащиным Мексиканские маски смерти, полная Луна и гламурный Островский. Интервью с режиссером Данилом Чащиным

Режиссер Данил Чащин рассказал о том, могут ли спасти брак жестокие игры

СНОБ
Музыкальная пауза: как создавался хит Мэрайи Кэри All I Want for Christmas Is You Музыкальная пауза: как создавался хит Мэрайи Кэри All I Want for Christmas Is You

Антон Вагин рассказывает историю создания хита All I Want for Christmas Is You

Правила жизни
Как распознать инсульт Как распознать инсульт

Как понять, что у человека инсульт и что делать, чтобы не потерять время

Лиза
Гены, дрожжи и… человек Гены, дрожжи и… человек

Интервью с Дмитрием Кнорре об исследовании дрожжей

Наука и жизнь
Почему дети плохо учатся Почему дети плохо учатся

Как родителям помочь своему ребенку полюбить тот или иной предмет

СНОБ
Открыть в приложении