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

Плюшеголовые сойки не сумели воспользоваться инструментом Плюшеголовые сойки не сумели воспользоваться инструментом

Плюшеголовые разноцветные сойки не могут решить задачу с инструментами

N+1
Уроки санскрита: что такое «кама мута» и как найти любовь в мелочах Уроки санскрита: что такое «кама мута» и как найти любовь в мелочах

Быть движимым любовью — что это за чувство и как оно наполняет жизнь смыслом?

Forbes
Пасту для ассирийских табличек для письма сделали из воска и аурипигмента Пасту для ассирийских табличек для письма сделали из воска и аурипигмента

Чем покрывали деревянные дощечки для письма в Древней Месопотамии?

N+1
«Русский святочный рассказ». Монография о культурном феномене «Русский святочный рассказ». Монография о культурном феномене

Отрывок из книги Елены Душечкиной «Русский святочный рассказ»

СНОБ
Как быстро возбудить девушку: 12 способов (гид, который стоит держать под рукой) Как быстро возбудить девушку: 12 способов (гид, который стоит держать под рукой)

Не знаете, как быстро возбудить девушку до предела? Вы по адресу!

Playboy
Красная икра: как правильно выбрать, чтобы потом не было стыдно за новогодний стол Красная икра: как правильно выбрать, чтобы потом не было стыдно за новогодний стол

Как правильно выбрать икру?

ТехИнсайдер
Лицензии и другие сюрпризы: как вести бизнес в Объединенных Арабских Эмиратах Лицензии и другие сюрпризы: как вести бизнес в Объединенных Арабских Эмиратах

В Эмиратах есть важные нюансы, которые стоит знать при постройке бизнеса

Forbes
Трауготы Трауготы

Александр Траугот и его жена Элизабет превратили мастерскую в дом культуры

Собака.ru
Цена шедевра Цена шедевра

Как и кем формируется цена на великое искусство

Правила жизни
«Прости, но я не виноват»: 4 ошибки в извинениях — просите прощения правильно «Прости, но я не виноват»: 4 ошибки в извинениях — просите прощения правильно

Рассказываем о четырех ошибках, которые мы совершаем, извиняясь

Psychologies
Светская хроника XVI века Светская хроника XVI века

Известные мужчины, сумевших завоевать симпатии Маргариты

Дилетант
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
Самые популярные сахарозаменители. Вред или все таки польза? Самые популярные сахарозаменители. Вред или все таки польза?

Сахарозаменители действительно работают? Или это просто маркетинговый ход?

ТехИнсайдер
Юлия Снигирь и Евгения Добровольская о фильме «Время года зима» и женщинах в кино Юлия Снигирь и Евгения Добровольская о фильме «Время года зима» и женщинах в кино

Юлия Снигирь и Евгения Добровольская — о том, как женщины меняют российское кино

Forbes
Энергия под контролем Энергия под контролем

Водородная и альтернативная энергетика а также её защита

Наука
Новые добрые сериалы Новые добрые сериалы

«Новая искренность» в сериалах

Weekend
Что будет, если перестать мыть ноги Что будет, если перестать мыть ноги

Нужно ли мыть ноги каждый день?

ТехИнсайдер
«Быть отверженными — их главный страх»: отвечаем на основные вопросы о РПП «Быть отверженными — их главный страх»: отвечаем на основные вопросы о РПП

Что влияет на наши отношения с едой?

Psychologies
«Идол, защищайся!» «Идол, защищайся!»

Культ образов и иконоборческое насилие в Средние века

N+1
Могучий Могучий

Самолет, который стоит на вооружении, но не имел возможности раскрыть потенциал

ТехИнсайдер
3 основные причины расстройств пищевого поведения 3 основные причины расстройств пищевого поведения

Отрывок из книги «Пищевой монстр» — о главных причинах РПП

Psychologies
Нижегородский фрукт: как сеть «Авокадо» вышла на 100 млрд выручки Нижегородский фрукт: как сеть «Авокадо» вышла на 100 млрд выручки

Сеть магазинов «Авокадо» стала одной из самых востребованных франшиз

Forbes
Как агроном-самоучка вырастил из теплицы на даче семеноводческий комплекс Как агроном-самоучка вырастил из теплицы на даче семеноводческий комплекс

Василий Блокин-Мечталин вдохнул в подмосковную деревню Старое новую жизнь

Forbes
Торжественное вручение Торжественное вручение

Поиск подарка под Новый год порой превращается в настоящий квест

VOICE
Работники-беспилотники: дроны на службе нефтегазовых компаний Работники-беспилотники: дроны на службе нефтегазовых компаний

Как БПЛА обеспечивают безопасность сотрудников и окружающей среды

ТехИнсайдер
Настоящий де Ла Моль Настоящий де Ла Моль

«Это был молодой человек лет двадцати четырёх — двадцати пяти»

Дилетант
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
Магия хлеба Магия хлеба

Почему хлеб — визитная карточка ресторана

Bones
Чем заняться дома с детьми в праздники: 8 креативных идей Чем заняться дома с детьми в праздники: 8 креативных идей

Как провести каникулы с пользой и удовольствием

Psychologies
Станислав Дробышевский: «Человек может поменять себя в нужном направлении» Станислав Дробышевский: «Человек может поменять себя в нужном направлении»

Антрополог Станислав Дробышевский — об адаптации человека к современному миру

РБК
Открыть в приложении