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 старой коллекции находок из Костёнок нашли три кроманьонских зуба В старой коллекции находок из Костёнок нашли три кроманьонских зуба

Ученые обнаружили три кроманьонских человеческих зуба в Костёнки-1

N+1
У нас так принято У нас так принято

Любимые традиции – понятие, не лишенное магии.

VOICE
Новый метод поиска экзопланет помог найти суперземлю в обитаемой зоне Новый метод поиска экзопланет помог найти суперземлю в обитаемой зоне

Астрономы впервые обнаружили суперземлю Kepler-725c в зоне солнцеподобной звезды

ТехИнсайдер
Подборка самых лучших новогодних и рождественских фильмов на все времена Подборка самых лучших новогодних и рождественских фильмов на все времена

Но что посмотреть уютными вечерами после прогулки по морозному лесу

ТехИнсайдер
Это не то,что вы подумали: страпонтен, клитория, епитрахиль — слова, за которые вам не должно быть стыдно Это не то,что вы подумали: страпонтен, клитория, епитрахиль — слова, за которые вам не должно быть стыдно

О словах, за которые вам не должно быть стыдно, пусть и звучат они забавно

ТехИнсайдер
Как выбрать и подготовить бокалы для шампанского Как выбрать и подготовить бокалы для шампанского

Почему для шампанского нужны специальные бокалы?

Maxim
8 сериалов, которые вы могли пропустить в этом году 8 сериалов, которые вы могли пропустить в этом году

Сериалы, которые вызвали меньше интереса, чем заслуживают

Правила жизни
Мэрайя Кэри Мэрайя Кэри

Мэрайя Кэри: «Я чертовски требовательна, потому что заслуживаю этого»

ЖАРА Magazine
Самый полезный продукт в быту: 9 гениальных применений жидкости для мытья посуды Самый полезный продукт в быту: 9 гениальных применений жидкости для мытья посуды

Вы и не догадывались, что этот продукт способен отмыть практически все в доме

ТехИнсайдер
Отрывок из романа Дженнифер Сэйнт «Ариадна» Отрывок из романа Дженнифер Сэйнт «Ариадна»

Отрывок из страстного романа, рассказанного героинями греческих мифов

СНОБ
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
Гены, дрожжи и… человек Гены, дрожжи и… человек

Интервью с Дмитрием Кнорре об исследовании дрожжей

Наука и жизнь
«Электронная почта» нашего мозга: что нужно знать о памяти «Электронная почта» нашего мозга: что нужно знать о памяти

Что такое память, как она формируется и как научить ее работать на себя?

Psychologies
«Социум — третий родитель»: как общество наносит ребенку психологические травмы «Социум — третий родитель»: как общество наносит ребенку психологические травмы

Как и почему общество травмирует ребенка?

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
ИИ в ретейле, музыке, фармакологии: как Армения становится технологичной ИИ в ретейле, музыке, фармакологии: как Армения становится технологичной

Современная Армения — это не только туризм, но и центр высоких технологий

РБК
Вечнодвижущаяся машина Вечнодвижущаяся машина

Вечный двигатель можно изобрести только в монастыре

Наука
«Серебряный воробей»: книга с рекомендациями от клуба Опры Уинфри «Серебряный воробей»: книга с рекомендациями от клуба Опры Уинфри

Отрывок из книги «Серебряный воробей» американской писательницы Тайари Джонс

Forbes
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
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
5 причин, по которым лучше быть простой кассиршей, чем княгиней на Руси 5 причин, по которым лучше быть простой кассиршей, чем княгиней на Руси

Может показаться, что жизнь княгини — мечта любой женщины

VOICE
Десять шокирующих фактов об американском виски Десять шокирующих фактов об американском виски

По поводу виски из США есть ряд стереотипов, но сейчас ты с ними расстанешься

Maxim
Обратная сторона праздников: почему они радуют далеко не всех Обратная сторона праздников: почему они радуют далеко не всех

Почему все больше тех, кто признается, что праздники для них — грустное время?

Psychologies
Александр Архангельский: «Может ли ИИ в перспективе написать «Войну и мир»? По-моему, может» Александр Архангельский: «Может ли ИИ в перспективе написать «Войну и мир»? По-моему, может»

Профессор ВШЭ Александр Архангельский — о судьбе бумажных книг и их авторов

РБК
«Медовые дни»: что ждало женщин из Красной Армии в плену у немцев «Медовые дни»: что ждало женщин из Красной Армии в плену у немцев

«Здоровые немецкие офицеры бьют пленную, бьют женщину»

VOICE
Ирина Калабихина: «Демографический взрыв уже у нас за спиной» Ирина Калабихина: «Демографический взрыв уже у нас за спиной»

Экономист Ирина Калабихина — что с нами будет дальше и хватит ли всем места?

РБК
5 способов быстро разобрать гардероб, чтобы начать новый год с чистого листа: советы стилиста 5 способов быстро разобрать гардероб, чтобы начать новый год с чистого листа: советы стилиста

Мы собрали 5 способов, которые помогут разгрузить свой гардероб

VOICE
Непростой подросток: как сериал «Уэнсдей» стал одним из самых популярных шоу Netflix Непростой подросток: как сериал «Уэнсдей» стал одним из самых популярных шоу Netflix

Действительно ли сериал «Уэнсдей» так хорош?

Forbes
Инцест, абьюз, сексуальное насилие: почему так трудно вспоминать детские травмы Инцест, абьюз, сексуальное насилие: почему так трудно вспоминать детские травмы

Как осознание произошедшего становится первым шагом к исцелению?

Psychologies
Почему переезд вреден для вас? Ученые дали ответ Почему переезд вреден для вас? Ученые дали ответ

Как переезд сказывается на нашей психике?

ТехИнсайдер
Открыть в приложении