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

Мухи-журчалки начали точно подражать осам уже 33 миллиона лет назад Мухи-журчалки начали точно подражать осам уже 33 миллиона лет назад

Ученые обнаружили ископаемую муху-журчалку, которая подражала окраске ос

N+1
Почему советские женщины не снимали зимние шапки в помещениях: 5 причин странной привычки Почему советские женщины не снимали зимние шапки в помещениях: 5 причин странной привычки

Почему женщины в СССР так берегли меховые шапки?

ТехИнсайдер
Буддийские и даосские храмы Китая оказались убежищами для вековых деревьев Буддийские и даосские храмы Китая оказались убежищами для вековых деревьев

На территории буддийских и даосских храмов Китая сохранились вековые деревья

N+1
Пригодятся всем женщинам старше 45 лет: звездный парикмахер рассказал о своих принципах ухода за волосами Пригодятся всем женщинам старше 45 лет: звездный парикмахер рассказал о своих принципах ухода за волосами

Ларри работает парикмахером уже 17 лет, поэтому к его советам стоит прислушаться

VOICE
Экосистемы с обилием бабочек лучше адаптировались к внезапным засухам Экосистемы с обилием бабочек лучше адаптировались к внезапным засухам

Как бабочки делают экосистемы более устойчивыми к засухам

N+1
Шесть реально смешных новогодних конкурсов и один — алкогольный (тоже смешной) Шесть реально смешных новогодних конкурсов и один — алкогольный (тоже смешной)

Реально смешные новогодние конкурсы!

Maxim
11 необычных мест для зимних путешествий по России 11 необычных мест для зимних путешествий по России

Необычные и самые классные локации для путешествия по России

VOICE
Что делать, если запотело пластиковое окно? Что делать, если запотело пластиковое окно?

Почему окна запотевают таким странным образом и как от этого избавиться

ТехИнсайдер
Чем опасен длительный прием ванны Чем опасен длительный прием ванны

Как безопасно принимать ванну

ТехИнсайдер
Шестое чувство Шестое чувство

Говорят, что даже самый обычный человек может научиться предугадывать события

Лиза
Дорогу активному отдыху: 5 видов спорта, которыми можно заняться в новогодние каникулы Дорогу активному отдыху: 5 видов спорта, которыми можно заняться в новогодние каникулы

Каким видом спорта заняться зимой?

ТехИнсайдер
Найдено многообещающее средство от депрессии. Секрет — в сочетании медикамента и компьютерной программы Найдено многообещающее средство от депрессии. Секрет — в сочетании медикамента и компьютерной программы

Как простые упражнения на компьютере могут помочь в лечении депрессии

Psychologies
Пеле, Артемьев, Вествуд: нормально ли оплакивать знаменитостей? Пеле, Артемьев, Вествуд: нормально ли оплакивать знаменитостей?

Что думают психологи о скорби по знаменитостям?

Psychologies
Дед Потрошитель: история маньяка Виктора Фокина, который начал убивать на пенсии Дед Потрошитель: история маньяка Виктора Фокина, который начал убивать на пенсии

Фокин был уверен, что не сделал ничего плохого, ведь он убивал плохих женщин

VOICE
Как птица с копьем в горле решила парадокс, над которым ученые спорили тысячелетиями, от Аристотеля и до начала XIX века Как птица с копьем в горле решила парадокс, над которым ученые спорили тысячелетиями, от Аристотеля и до начала XIX века

Как один аист прояснил картину миграции птиц

ТехИнсайдер
Вперед к успеху: 4 шага, чтобы получить от жизни все, — попробуйте прямо сейчас Вперед к успеху: 4 шага, чтобы получить от жизни все, — попробуйте прямо сейчас

Предлагаем маршрут по самосовершенствованию, состоящий из четырех шагов

Psychologies
Фудфотография: визуальный стиль ресторана Фудфотография: визуальный стиль ресторана

За 11 лет работы фудфотографом я сталкивалась с совершенно разными проектами

Bones
«Озорные частушки» Родиона Щедрина как эталонный комический балет «Озорные частушки» Родиона Щедрина как эталонный комический балет

Как появились комические балеты, чем они прославились

Forbes
Чемпионат эмира: как футбол обеспечивает национальную безопасность Катара Чемпионат эмира: как футбол обеспечивает национальную безопасность Катара

Как Катар сохраняет свою независимость в непростом окружении

Forbes
Величайший в истории: как Пеле стал легендой, на которой держится современный футбол Величайший в истории: как Пеле стал легендой, на которой держится современный футбол

Почему Пеле считается величайшим в истории футбола

Forbes
Кампания для Маска: как в США крупный бизнес участвует в выборах Кампания для Маска: как в США крупный бизнес участвует в выборах

Политолог Ян Веселов — о влиянии крупного бизнеса на выборы в США

Forbes
Кто придумал знаменитого Гринча, который украл рождество: новогодняя история Кто придумал знаменитого Гринча, который украл рождество: новогодняя история

Как появился Гринч?

ТехИнсайдер
Как это произошло?! 10 страшных фотографий, сделанных за несколько минут до смерти Как это произошло?! 10 страшных фотографий, сделанных за несколько минут до смерти

Эти снимки подтверждают, что наша жизнь слишком непредсказуема

ТехИнсайдер
Настоящий кошмар: реальные истории, ставшие основой известных фильмов ужасов. Эти события вас шокируют! Настоящий кошмар: реальные истории, ставшие основой известных фильмов ужасов. Эти события вас шокируют!

В основу многих хорроров действительно легли реальные события

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 распознать и лечить геморрой — советы врача Как распознать и лечить геморрой — советы врача

Колопроктолог раскрывает всю правду о геморрое

Psychologies
Праздник без слёз Праздник без слёз

Детский психолог озвучила 5 правил спокойного праздника

Новый очаг
Ёлочные человечки Ёлочные человечки

Хотим познакомить вас с теми, кто наделяет душой ёлочные игрушки

Новый очаг
Отдыхая отдыхай Отдыхая отдыхай

Почему так тяжело отпустить работу и погрузиться в сладкое ничегонеделание?

Новый очаг
Главная соперница Мэрилин Монро, которая сильно поплатилась за свою красоту: история Джейн Мэнсфилд и загадочная смерть Главная соперница Мэрилин Монро, которая сильно поплатилась за свою красоту: история Джейн Мэнсфилд и загадочная смерть

Джейн Мэнсфилд трагически погибла молодой, оставив после себя множество слухов

ТехИнсайдер
Открыть в приложении