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

Астрономы впервые достоверно нашли экзопланету с кратной полярной орбитой Астрономы впервые достоверно нашли экзопланету с кратной полярной орбитой

Ученые впервые подтвердили существование экзопланеты с кратной полярной орбитой

N+1
Житие святой: как экспериментальный байопик оживил панк-икону Янку Дягилеву Житие святой: как экспериментальный байопик оживил панк-икону Янку Дягилеву

«На тебе сошелся клином белый свет» — Янка Дягилева стала нашей современницей

Forbes
Астрономы впервые нашли пару из миллисекундного пульсара и обнаженной гелиевой звезды Астрономы впервые нашли пару из миллисекундного пульсара и обнаженной гелиевой звезды

Что приводит к возникновению систем с миллисекундными пульсарами?

N+1
Чудо Хануки Чудо Хануки

Рассказ о ханукальном чуде, произошедшем во II веке до н.э.

Grazia
Если все тряпки закончились: 5 предметов домашнего обихода, которыми можно вытирать пыль Если все тряпки закончились: 5 предметов домашнего обихода, которыми можно вытирать пыль

Чем, кроме тряпки, можно эффективно удалить пыль с любой поверхности

ТехИнсайдер
Когда на асфальте слишком тесно. Суперкары, которые стали внедорожниками Когда на асфальте слишком тесно. Суперкары, которые стали внедорожниками

Спорткары, умеющие преодолевать пересеченную местность

РБК
Как сохранить свои ценности и себя во времена хаоса: 5 шагов Как сохранить свои ценности и себя во времена хаоса: 5 шагов

Как оставаться собой, когда теряются ориентиры?

Psychologies
Воронка вины: как формируется созависимость с алкоголиком Воронка вины: как формируется созависимость с алкоголиком

Почему зависимые люди «срываются» и возвращаются к алкоголю?

Psychologies
Маршрутизация на дому: как настроить роутер? Маршрутизация на дому: как настроить роутер?

Rак настроить роутер, чтобы он раздавал интернет на все устройства в вашей сети

CHIP

Две новые книги по рекомендации литературного критика Анастасии Завозовой

Правила жизни
Шаолиньская философия изменений: как двигаться вперед — мнение воина-монаха Шаолиньская философия изменений: как двигаться вперед — мнение воина-монаха

Что на самом деле означает «жить настоящим»? Какие в этом есть преимущества?

Psychologies
Как правильно фотографировать автомобиль Как правильно фотографировать автомобиль

Для продажи нужно хорошо сфотографировать автомобиль. Так как же это сделать?

4x4 Club
Речь о деталях Речь о деталях

Возможно ли появления российского смартфона в жестоком мире электроники

Правила жизни
Новый русский Новый русский

Правда ли, что мы стали менее вежливыми?

Grazia
Амосова Амосова

Коллекционер Анна Амосова показывает, как сделать арт плюс фэшн в интерьере

Собака.ru
Комментатор «Матч ТВ» посетил все матчи ЧМ-2022. Но Книга рекордов Гиннесса не регистрирует его достижение Комментатор «Матч ТВ» посетил все матчи ЧМ-2022. Но Книга рекордов Гиннесса не регистрирует его достижение

Тимур Журавель спал по 4 часа и приезжал на 10 минут на футбол.

Maxim
Иностранный Дед Мороз: как называют главного героя Нового года в разных странах Иностранный Дед Мороз: как называют главного героя Нового года в разных странах

Как выглядят коллеги Деда Мороза из других стран

ТехИнсайдер
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
За что увольняют шефов За что увольняют шефов

Несправедливость принимает совершенно неожиданные, а иногда даже забавные формы

Bones
«По сравнению со мной Чикатило — цыпленок»: история «экспресс-маньяка» Владимира Муханкина «По сравнению со мной Чикатило — цыпленок»: история «экспресс-маньяка» Владимира Муханкина

Владимир Муханкин называл себя учеником Чикатило

VOICE
Генная терапия дает надежду при острой детской эпилепсии Генная терапия дает надежду при острой детской эпилепсии

Лечение с применением генной терапии может предотвратить судорожную активность

ТехИнсайдер
7 фактов из жизни Владимира Сутеева 7 фактов из жизни Владимира Сутеева

Рассказываем о детском писателе и художнике Владимире Сутееве

Культура.РФ
Когда закончились сказки: 5 книг для увлекательного чтения вместе с детьми Когда закончились сказки: 5 книг для увлекательного чтения вместе с детьми

Собрали «растущую» библиотеку полезных книг для детей

ТехИнсайдер
Will Perfom: как Серена Уильямс придумала болеутоляющий крем за $1 млрд Will Perfom: как Серена Уильямс придумала болеутоляющий крем за $1 млрд

Легенда тенниса Серена Уильямс придумала болеутоляющее средство для спортсменов

Forbes
Косметический секрет виноградной улитки: как добывают всемогущий муцин в промышленных масштабах? Косметический секрет виноградной улитки: как добывают всемогущий муцин в промышленных масштабах?

Если вы являетесь обладателем домашней улитки, не брезгуйте ее услугами

ТехИнсайдер
Как принимать решения — головой или сердцем: 9 вопросов и ответов Как принимать решения — головой или сердцем: 9 вопросов и ответов

Чем лучше руководствоваться, принимая то или иное решение?

Psychologies
Лайфхаки от Снегурочки. Что и как лечат холодом Лайфхаки от Снегурочки. Что и как лечат холодом

Горсть снега или кубик льда порой может оказаться лучше любого лекарства

Лиза
Правила гриля Правила гриля

Гриль — это целый мир, если в нем правильно живешь, он тебя завлекает

Bones
Наращивание ресниц: что нужно узнать перед тем, как решиться Наращивание ресниц: что нужно узнать перед тем, как решиться

Наращивание ресниц: как найти компетентного мастера и когда ресницы пора снимать

VOICE
8 мест на Земле, посещать которые очень опасно 8 мест на Земле, посещать которые очень опасно

На Земле есть по-настоящему адские места! Жить в них просто невозможно

ТехИнсайдер
Открыть в приложении