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

Прием гипотензивных препаратов вечером обеспечил лучший контроль давления Прием гипотензивных препаратов вечером обеспечил лучший контроль давления

Как контроль приема гипотензивных препаратов контролирует гипертензию

N+1
Возьмут всех, потом разберутся: как Испания принимает стартапы с российскими корнями Возьмут всех, потом разберутся: как Испания принимает стартапы с российскими корнями

В чем особенности испанского венчура

Forbes
Здоровые привычки для сердца имеют огромный эффект для всего тела Здоровые привычки для сердца имеют огромный эффект для всего тела

Как хорошее здоровье сердца поддерживает работу практически всех систем органов

ТехИнсайдер
Не женщина, а радужная пони: к чему приводит позитивное мышление Не женщина, а радужная пони: к чему приводит позитивное мышление

Чем позитивное мышление опасно для тебя и твоих отношений

VOICE
«Простая геометрическая фигура»: какую историю пережил «Черный квадрат» Малевича «Простая геометрическая фигура»: какую историю пережил «Черный квадрат» Малевича

История успеха наследия художника Казимира Малевича

Forbes
Никола Фанетти:«Важно уважать землю и море, но никогда не забывать о человеке» Никола Фанетти:«Важно уважать землю и море, но никогда не забывать о человеке»

Николо Фанетти — как в Италии ресторанный бизнес работает с фермерами

Bones
Хвостатые уникумы: 18 самых умных пород собак Хвостатые уникумы: 18 самых умных пород собак

Породы, которые известны своим уровнем интеллекта

ТехИнсайдер
Как ухаживать за самой часто используемой обувью: правила стирки домашних тапочек Как ухаживать за самой часто используемой обувью: правила стирки домашних тапочек

Как и любой другой обуви, тапкам необходим уход. Вот несколько полезных советов!

ТехИнсайдер
Как пережить череду новогодних вечеринок без потерь для внешности Как пережить череду новогодних вечеринок без потерь для внешности

Как не "потерять" лицо в череде новогодних вечеринок?

VOICE
Как формируется способность к зрелым отношениям: 4 фактора Как формируется способность к зрелым отношениям: 4 фактора

Что развивает в нас способность к зрелым отношениям

Psychologies
Что нашли «Вояджеры» за пределами Солнечной системы: поразительные открытия Что нашли «Вояджеры» за пределами Солнечной системы: поразительные открытия

Открытия «Вояджеров» навсегда изменят наше представление о космосе

ТехИнсайдер
Теорема фермы Теорема фермы

Тренд farm to table зародился в Америке, но прижился и в России

Bones
Российские каннибалы: пензенский маньяк ел сердца людей, читал Хемингуэя и в тюрьме зачал сына от американки Российские каннибалы: пензенский маньяк ел сердца людей, читал Хемингуэя и в тюрьме зачал сына от американки

Александр Бычков увлекался чтением и поеданием людей

ТехИнсайдер
Спорт, алкоголь и секс: 15 видов скрытого саморазрушения — необычные признания Спорт, алкоголь и секс: 15 видов скрытого саморазрушения — необычные признания

Обычные люди рассказывают о незаметном саморазрушительном поведении

Psychologies
«Восходящая спираль»: 6 быстрых способов поднять настроение — попробуйте прямо сейчас «Восходящая спираль»: 6 быстрых способов поднять настроение — попробуйте прямо сейчас

Есть несколько способов, благодаря которым в жизни станет меньше неудачных дней

Psychologies
Как создавалось золотое бикини принцессы Леи — один из самых знаменитых костюмов в кино Как создавалось золотое бикини принцессы Леи — один из самых знаменитых костюмов в кино

Как появился образ принцессы Леи в бикини и из чего оно было сделано

Правила жизни
«Кейт Миддлтон стала жестокой невесткой»: Меган Маркл упрекнули в страсти к голливудским драмам «Кейт Миддлтон стала жестокой невесткой»: Меган Маркл упрекнули в страсти к голливудским драмам

Герцогиня Сассекская воплотила мечту всей своей жизни

VOICE
Создатель морских мин рассказал, почему ему не стыдно за своё изобретение Создатель морских мин рассказал, почему ему не стыдно за своё изобретение

Роберт Фултон — создатель подводной войны

ТехИнсайдер
Доброта по-американски Доброта по-американски

Комедии Джона Хьюза и хорошее отношение к подросткам

Weekend
Пока свои не успокоятся Пока свои не успокоятся

«Вампиры средней полосы»: отечественные кровопийцы сходятся с реальностью

Weekend
5 книг, которые считаются “проклятыми” 5 книг, которые считаются “проклятыми”

Книги, которые обвинялись в безумии и смертях своих хозяев

ТехИнсайдер
Санта-Киллер: история старика, убивавшего женщин, которых не радовало Рождество Санта-Киллер: история старика, убивавшего женщин, которых не радовало Рождество

Благообразный старичок искренне верил, что делает мир лучше

VOICE
Правила андрагогики и пирамида Дилтса: как эффективно учиться во взрослом возрасте Правила андрагогики и пирамида Дилтса: как эффективно учиться во взрослом возрасте

Какие лайфхаки помогут нашему мозгу активнее усваивать информацию

Forbes
Эмануэле Поллини: «Здесь сконцентрирована культура всего мира» Эмануэле Поллини: «Здесь сконцентрирована культура всего мира»

Талантливый итальянец с русской душой ворвался на ресторанный рынок Москвы

Bones
Астрологи, экстрасенсы, целители: почему люди идут к ним сегодня? Астрологи, экстрасенсы, целители: почему люди идут к ним сегодня?

Почему «бытовая магия» популярна в наш век высоких технологий?

Psychologies
20 лучших российских сериалов последних лет, которые должен посмотреть каждый 20 лучших российских сериалов последних лет, которые должен посмотреть каждый

Топ российских современных сериалов

Правила жизни
Новые имена славянского фэнтези, которые стоит знать не только поклонникам жанра Новые имена славянского фэнтези, которые стоит знать не только поклонникам жанра

Пять фэнтези циклов, которые прогремели в последние годы

Maxim
10 главных заповедей красивого и молодого лица: мнение врача 10 главных заповедей красивого и молодого лица: мнение врача

Как избежать раннего появление морщин и неприятных высыпаний на лице

VOICE
Льгота 0%: как три агрохолдинга заработали за год 100 млрд рублей прибыли Льгота 0%: как три агрохолдинга заработали за год 100 млрд рублей прибыли

Как прибыль «Русагро», «Мираторга» и «Группы Черкизово» превысила 103 млрд

Forbes
Леденящая кровь история о «ядре демона» и ученых, ставших его жертвами Леденящая кровь история о «ядре демона» и ученых, ставших его жертвами

Создавшие этот объект ученые умерли мучительной смертью

ТехИнсайдер
Открыть в приложении