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

Переплавка Луны омолодила ее на пару сотен миллионов лет Переплавка Луны омолодила ее на пару сотен миллионов лет

Планетологи заново оценили возраст Луны, теперь он составляет 4,43–4,53 млрд лет

N+1
Сумасшедший и иконописец? Удивительные факты о Михаиле Врубеле Сумасшедший и иконописец? Удивительные факты о Михаиле Врубеле

Жизнь Михаила Врубеля: неудачное лечение в психбольнице и другие проблемы

ТехИнсайдер
Пятнистую гиену встретили в Египте впервые за 5000 лет Пятнистую гиену встретили в Египте впервые за 5000 лет

В Гебель-Эльба, Египет, впервые за 5000 лет встретили пятнистую гиену

N+1
«Мы требуем справедливости, а не мести»: как Като Микеладзе боролась за равноправие «Мы требуем справедливости, а не мести»: как Като Микеладзе боролась за равноправие

Как Като Микеладзе писала о проблеме насилия и выступала в защиту женщин

Forbes
Что такое ферритин и как не спутать дефицит железа с другими проблемами Что такое ферритин и как не спутать дефицит железа с другими проблемами

Какие скрытые процессы в организме отражает ферритин

ТехИнсайдер
«Остаюсь твоя Майя…» Открытые письма предгрозовых лет «Остаюсь твоя Майя…» Открытые письма предгрозовых лет

Можно ли найти отправителей и адресатов почтовых писем начала XX века?

Наука и жизнь
5 полезных свойств цикория, о которых вы не знали: рассказывают эксперты 5 полезных свойств цикория, о которых вы не знали: рассказывают эксперты

Какие же преимущества есть у цикория?

ТехИнсайдер
Город-конвейер, небоскреб со статуей Ленина и парящие дома: самые безумные и эпичные проекты советских архитекторов Город-конвейер, небоскреб со статуей Ленина и парящие дома: самые безумные и эпичные проекты советских архитекторов

Неординарные проекты советских конструктивистов

Правила жизни
Население Южной Америки разделилось на две группы не менее десяти тысяч лет назад Население Южной Америки разделилось на две группы не менее десяти тысяч лет назад

Население Южной Америки разделилось на группы в андском регионе

N+1
Интеллект на службе насилия: как ученые становятся невольными участниками конфликтов Интеллект на службе насилия: как ученые становятся невольными участниками конфликтов

Почему наука и технологии работают не только на созидание и мирное развитие?

Forbes
«Мы проигрываем сценарии из детства в отношениях»: интервью психоаналитика «Мы проигрываем сценарии из детства в отношениях»: интервью психоаналитика

Какие этапы развития проходит пара? Что меняет появление ребенка?

Psychologies
Почему пароход был «философским»? Почему пароход был «философским»?

Почему пароход был философским и что собой вообще представляла русская философия

Дилетант
«Травма свидетеля. Почему мне плохо от того, что я вижу, и как с этим справиться» — отрывок из книги Галины Петраковой «Травма свидетеля. Почему мне плохо от того, что я вижу, и как с этим справиться» — отрывок из книги Галины Петраковой

Что такое ПТСР и как справиться с тревогой — отрывок из книги «Травма свидетеля»

СНОБ
В египетском некрополе нашли мумии с золотыми языками: вы поразитесь! В египетском некрополе нашли мумии с золотыми языками: вы поразитесь!

В некрополе Кувайсна ученые нашли непростых мумий

ТехИнсайдер
«Смысл-то какой отсюда убегать?»: как живет единственный обитатель деревни-призрака в Новосибирской области «Смысл-то какой отсюда убегать?»: как живет единственный обитатель деревни-призрака в Новосибирской области

Леонид не стал покидать насиженное место, даже когда все разъехались

Maxim
Если соперник сильнее: 11 спортивных стратегий — используйте их в жизни Если соперник сильнее: 11 спортивных стратегий — используйте их в жизни

Чем похожи успешные спортсмены и бизнесмены?

Psychologies
Сэм Бэнкман-Фрид и 10 других историй краха на миллиарды долларов Сэм Бэнкман-Фрид и 10 других историй краха на миллиарды долларов

Истории крупнейших падений в мире бизнеса ― от финансового краха до тюрьмы

Forbes
Кто будет есть деревенское? Кто будет есть деревенское?

Как онлайн-сервис по доставке фермерской еды противостоит крупным ретейлерам

Эксперт
«Что же из них дальше получится»: история маньяка Владимира Третьякова, который убивал только пьющих женщин «Что же из них дальше получится»: история маньяка Владимира Третьякова, который убивал только пьющих женщин

В квартире Третьякова так воняло кровью, что сосед-понятой упал в обморок

VOICE
Как перестать быть удобной для всех Как перестать быть удобной для всех

Как научиться отказывать окружающим?

Лиза
Дарья Донцова: «Гурманов в моей семье нет» Дарья Донцова: «Гурманов в моей семье нет»

«Собираясь приготовить вкусную еду, следует морально настроиться на хороший лад»

Лиза
64-летнее исследование показало: чем больше дети мечтают, тем успешнее они будут, когда вырастут 64-летнее исследование показало: чем больше дети мечтают, тем успешнее они будут, когда вырастут

Мечты ребенка не менее важны для его будущего, чем IQ или положение семьи

Inc.
«Кэтрин по прозвищу Птичка»: азы феминизма для подростков от Лины Данэм «Кэтрин по прозвищу Птичка»: азы феминизма для подростков от Лины Данэм

«Кэтрин по прозвищу Птичка» — киноучебник по социальной справедливости

Forbes
География бутерброда: 9 сэндвичей со всего света География бутерброда: 9 сэндвичей со всего света

Вада пав, трамедзини и другие: какие бутерброды едят по всему миру?

Вокруг света
Что почитать, если тебе нравится «Дом Дракона» и «Игра престолов» Что почитать, если тебе нравится «Дом Дракона» и «Игра престолов»

Фэнтезийные циклы, которые ничуть не хуже, чем «Игра престолов»

Maxim
Как вы пьете чай: внакладку, вприкуску, или же вприглядку? Вы точно не знаете, как говорить правильно! Как вы пьете чай: внакладку, вприкуску, или же вприглядку? Вы точно не знаете, как говорить правильно!

С чем нужно пить чай?

ТехИнсайдер
Ицхак Адизес — Forbes: «В истории России никогда не было демократии» Ицхак Адизес — Forbes: «В истории России никогда не было демократии»

Бизнес-консультант Ицхак Адизес — о возможностях демократии в России

Forbes
Преодолеть обстоятельства Преодолеть обстоятельства

«Радость преодоления» звучит как оксюморон, сочетание несочетаемого

Psychologies
Пароход и человек Пароход и человек

Пароходы — важнейшая страница в истории человечества

Y Magazine
Модель бога: что мы узнаем о Пелевине из нового документального фильма о его жизни Модель бога: что мы узнаем о Пелевине из нового документального фильма о его жизни

Каким получился документальный фильм журналиста Родиона Чепеля «Пелевин»

Forbes
Открыть в приложении