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

Динамически меняющая внешность маска поможет обмануть систему распознавания лиц Динамически меняющая внешность маска поможет обмануть систему распознавания лиц

Инженеры создали маску, способную изменять форму лица и цвет кожи

N+1
Основатель Group-IB Илья Сачков — Forbes: «Я намерен строить бизнес только в России» Основатель Group-IB Илья Сачков — Forbes: «Я намерен строить бизнес только в России»

Основатель Group-IB — о своем желании развивать свое дело в родной стране

Forbes
Посчитаны риски 175 возможных последствий для здоровья при приеме агонистов ГПП-1 Посчитаны риски 175 возможных последствий для здоровья при приеме агонистов ГПП-1

175 последствий для здоровья при терапии агонистами ГПП-1

N+1
Герман Садулаев: «У нас все получится». Рассказ из сборника «Мечты сбываются/Think big!» Герман Садулаев: «У нас все получится». Рассказ из сборника «Мечты сбываются/Think big!»

Отрывок из проекта, который объединил как известных писателей, так и начинающих

СНОБ
11 способов становиться немного умнее каждый день 11 способов становиться немного умнее каждый день

Интеллект, как и тело, требует правильного питания и регулярных тренировок

Psychologies
Как основатель купленного X5 Group стартапа создал благотворительную соцсеть Как основатель купленного X5 Group стартапа создал благотворительную соцсеть

Социальная сеть ro: — что в ней такого особенного?

Forbes
Штурманы подземелья Штурманы подземелья

Маркшейдеры — специалисты, знающие, как проложить дорогу под землей

ТехИнсайдер
Увидеть художника может каждый Увидеть художника может каждый

Как Жан Дюбюффе нашел доброту в искусстве аутсайдеров

Weekend
«Опасные» таблетки: почему мы боимся принимать психотропные препараты — 2 главных мифа «Опасные» таблетки: почему мы боимся принимать психотропные препараты — 2 главных мифа

На какие стереотипы мы опираемся, когда решаем — пить или не пить таблетки

Psychologies
Быть, а не казаться Быть, а не казаться

Шеф-повара смело ломают стереотипы и не боятся двигаться вперед

Bones
Мэрилин Монро и пограничное расстройство личности. Что мы знаем о «звездном» диагнозе Мэрилин Монро и пограничное расстройство личности. Что мы знаем о «звездном» диагнозе

На примерах звезд разбираемся, какое слово в аббревиатуре ПРЛ ключевое

Psychologies
Стоит ли смотреть сериал «Королевство. Исход» Стоит ли смотреть сериал «Королевство. Исход»

«Королевство. Исход» — очередной акт «идиотизма» от хитрого режиссера

СНОБ
10 фильмов 2022 года от худшего к лучшему по версии «Сноба» 10 фильмов 2022 года от худшего к лучшему по версии «Сноба»

9 лучших фильмов 2022 года — и один худший

СНОБ
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
Брюс Уиллис, Санта Клаус и все-все-все. 10 самых новогодних фильмов для всей семьи Брюс Уиллис, Санта Клаус и все-все-все. 10 самых новогодних фильмов для всей семьи

Осторожно — в этой подборке фильмов слишком много рождественского духа!

ТехИнсайдер
Как пользоваться социальными сетями без ущерба для психики: 4 правила Как пользоваться социальными сетями без ущерба для психики: 4 правила

Как обезопасить свое психическое здоровье, не отказываясь от соцсетей?

Psychologies
Цикорий: польза и вред Цикорий: польза и вред

Цикорий — полезная альтернатива кофе

VOICE
Устройство с умом: как технологии помогают развивать инклюзивность в образовании Устройство с умом: как технологии помогают развивать инклюзивность в образовании

Как в России развивается инклюзивное образование?

Forbes
«Мисс Бомж», «Мисс Слониха» и еще 6 самых странных конкурсов красоты «Мисс Бомж», «Мисс Слониха» и еще 6 самых странных конкурсов красоты

Конкурсов наберется столько, что каждая девушка сможет стать «Мисс Чего-нибудь»

Maxim
Герой нашего премиума Герой нашего премиума

Есть автомобили-символы, которые показывают, кто мы и где находимся

Автопилот
«Независимость — бессознательный выбор»: диалог психоаналитиков о женском одиночестве «Независимость — бессознательный выбор»: диалог психоаналитиков о женском одиночестве

Почему женщины на самом деле одиноки?

Psychologies
Ришельё на дамбе Ла-Рошели Ришельё на дамбе Ла-Рошели

Картина французского художника Анри-Поля Мотта, посвященная дамбе Ла-Рошель

Дилетант
Родители и дети: опасные последствия тайной зависти Родители и дети: опасные последствия тайной зависти

Тема возрастной и социальной зависти детей к родителям и наоборот

Psychologies
Коротко: почему банки США закрывают отделения с банковскими ячейками Коротко: почему банки США закрывают отделения с банковскими ячейками

Почему банки с ячейками иногда работают в убыток?

VC.RU
Прорыв в глубины: почему потерян зонд, увидевший Марс насквозь Прорыв в глубины: почему потерян зонд, увидевший Марс насквозь

За четыре года работы на Марсе «Инсайт» перевернул представления ученых о нем

Forbes
Электрический город: какой была иллюминация в Москве 1920-х годов Электрический город: какой была иллюминация в Москве 1920-х годов

Отрывок из книги «Электрический город: от 1900-х к 1930-м»

СНОБ
Терпеть — не могу! Как научиться сдерживать себя и сохранять самообладание Терпеть — не могу! Как научиться сдерживать себя и сохранять самообладание

Рассказываем, как развить в себе терпение

VOICE
Больше не хочу. Почему пропадает либидо и может ли оно уйти навсегда Больше не хочу. Почему пропадает либидо и может ли оно уйти навсегда

Как устроено влечение, почему стресс убивает секс и при чем тут обиды

СНОБ
Здоровая и красивая кожа, пышные волосы и крепкий иммунитет: в каких продуктах содержится витамин Е? Здоровая и красивая кожа, пышные волосы и крепкий иммунитет: в каких продуктах содержится витамин Е?

Креветки, миндаль и авокадо: пополняем запасы витамина Е

ТехИнсайдер
Ега-биха и родная речь Ега-биха и родная речь

Рассказ, в котором автор исследует путь блудной родной речи к отчему дому

Grazia
Открыть в приложении