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

«О началах и концах света: Рождение и гибель мира в мифологии, религии и науке» «О началах и концах света: Рождение и гибель мира в мифологии, религии и науке»

Когда наш мир утонет в расплавленном металле

N+1
Все уровни беспилотности Все уровни беспилотности

Из пункта А в пункт Б выехал автомобиль — казалось бы, что может быть проще?

ТехИнсайдер
Генетики выявили старейшего известного домашнего кота Китая Генетики выявили старейшего известного домашнего кота Китая

Самая ранняя домашняя кошка жила в VIII или IX веках нашей эры

N+1
МAXIM посмотрел «Аватар-2» и готов вынести вердикт, стоит ли смотреть фильм на большом экране МAXIM посмотрел «Аватар-2» и готов вынести вердикт, стоит ли смотреть фильм на большом экране

«Аватар-2»: Строили мы, строили и наконец построили

Maxim
«Там, где нет обязательств, нет нашей ответственности»: почему мы обижаем и обижаемся «Там, где нет обязательств, нет нашей ответственности»: почему мы обижаем и обижаемся

Зачем мы причиняем боль близким людям?

Psychologies
Как приготовить компост в домашних условиях своими руками: пошаговый разбор Как приготовить компост в домашних условиях своими руками: пошаговый разбор

О грядущем садоводческом сезоне стоит подумать уже сейчас и приготовить компост

ТехИнсайдер
«Я старше всех в команде»: история тестировщицы, сменившей профессию почти в 40 лет «Я старше всех в команде»: история тестировщицы, сменившей профессию почти в 40 лет

QA-инженер рассказала о смене профессии в зрелом возрасте

VC.RU
Как понять, что вас сильно критиковали в детстве: 12 признаков — проверьте себя Как понять, что вас сильно критиковали в детстве: 12 признаков — проверьте себя

Какие признаки указывают на то, что вы стали жертвой критикующих родителей?

Psychologies
8 фэшн-правил, которые нужно нарушить, чтобы быть по-настоящему модной: мнение стилиста 8 фэшн-правил, которые нужно нарушить, чтобы быть по-настоящему модной: мнение стилиста

Развенчаем самые главные стереотипы об одежде

VOICE
Неоновый демон Неоновый демон

Роль школьника в сериале “Эйфория” сделала его символом нового поколения

Men Today
Как перестать злиться на бывшего: 3 простых шага — следуйте нашей инструкции Как перестать злиться на бывшего: 3 простых шага — следуйте нашей инструкции

Как научиться контролировать эмоции?

Psychologies
Нина Агишева: «Франкенштейн и его женщины. Пять англичанок в поисках счастья» Нина Агишева: «Франкенштейн и его женщины. Пять англичанок в поисках счастья»

Отрывок из книги о запутанных любовных треугольниках и литературе

СНОБ
Мужчина на грани нервного срыва: как понять, что близкий находится в депрессии, — 14 признаков Мужчина на грани нервного срыва: как понять, что близкий находится в депрессии, — 14 признаков

Что делать, если ваш близкий человек находится в депрессии?

Psychologies
10 автомобилей, которые мог бы выпустить ЗИЛ: нереализованные проекты знаменитого завода 10 автомобилей, которые мог бы выпустить ЗИЛ: нереализованные проекты знаменитого завода

Мы решили вспомнить самые интересные и редкие разработки ЗИЛ

ТехИнсайдер
Сладкие эксперименты Сладкие эксперименты

В конфете одинаково важны и вкус, и внешний вид

Bones
(Не)придуманные истории (Не)придуманные истории

Почему сейчас самое время обратить внимание на произведения в жанре автофикшн

Seasons of life
Последствия операций, которые удивят любого! Короткие и реальные истории Последствия операций, которые удивят любого! Короткие и реальные истории

Удивительные истории, о которых ежедневно сообщают медики

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
Как закончилась Вторая мировая война: все события, которые привели к победе Как закончилась Вторая мировая война: все события, которые привели к победе

Эти ключевые события в конечном итоге привели к завершению Второй мировой войны

ТехИнсайдер
Назад в прошлое: как (не) надо анализировать детство Назад в прошлое: как (не) надо анализировать детство

Когда стоит копаться в прошлом, а когда — начать двигаться дальше?

Psychologies
Мощный подъем мантии на Марсе вызвал трещины коры Мощный подъем мантии на Марсе вызвал трещины коры

Тектоническое тепло может помочь сохранению и развитию жизни на Марсе

ТехИнсайдер
Ошибка релоканта Ошибка релоканта

Нужно разобраться с тем, как начинать новую жизнь. Как бы она ни называлась

Men Today
Почему не уходит вес: самые популярные ошибки худеющих Почему не уходит вес: самые популярные ошибки худеющих

Вредные советы и главные ошибки, которые мешают всем худеющим

ТехИнсайдер
Страхи, навязчивое желание или его отсутствие: как справиться с психологическим бесплодием Страхи, навязчивое желание или его отсутствие: как справиться с психологическим бесплодием

Что мешает нам стать родителями?

Psychologies
Фёдор Юрчихин: «Надо учиться жить в невесомости» Фёдор Юрчихин: «Надо учиться жить в невесомости»

Российский космонавт об астророботах, экспериментах в невесомости

Maxim
Жуткие открытки на Рождество: почему в XIX веке они были такими страшными Жуткие открытки на Рождество: почему в XIX веке они были такими страшными

Карточки прошлого были мрачнее, чем те, которыми мы обмениваемся сегодня

ТехИнсайдер
Терпим, повторяем, продолжаем: как устроиться на работу в зарубежную компанию Терпим, повторяем, продолжаем: как устроиться на работу в зарубежную компанию

Что увеличит шансы на успешное устройство на работу за границей?

Forbes
Может ли человек всю жизнь питаться лишь грудным молоком Может ли человек всю жизнь питаться лишь грудным молоком

Можно ли пить грудное молоко на завтрак, обед и ужин всю жизнь?

ТехИнсайдер
«Мы проспали 2021 год»: глава «Кухни на районе» о кризисе в бизнесе и выходе в офлайн «Мы проспали 2021 год»: глава «Кухни на районе» о кризисе в бизнесе и выходе в офлайн

Глава «Кухни на районе» — что компании пришлось сделать, чтобы выстоять

Forbes
Торжественное вручение Торжественное вручение

Поиск подарка под Новый год порой превращается в настоящий квест

VOICE
Открыть в приложении