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

Древнейшую синагогу назвали частью еврейского квартала Фанагории Древнейшую синагогу назвали частью еврейского квартала Фанагории

Российские археологи продолжили раскопки района Фанагории

N+1
Приключения Щелкунчика до и после Чайковского Приключения Щелкунчика до и после Чайковского

Чем был Щелкунчик для шахтеров, романтиков и ветеранов Второй мировой

Weekend
От мегалодона до мамонта: что, если бы животные эпохи плейстоцена дожили до наших дней От мегалодона до мамонта: что, если бы животные эпохи плейстоцена дожили до наших дней

Каким бы был мир, если бы гигантские грызуны и акулы дожили до наших дней?

ТехИнсайдер
Как США вышли из нескольких рецессий со времен Второй мировой войны Как США вышли из нескольких рецессий со времен Второй мировой войны

Некоторые спады в Америке оказались более длительными и серьезными, чем другие

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
«Джеймс Уэбб» и сердце Млечного Пути: главные научные достижения — 2022 «Джеймс Уэбб» и сердце Млечного Пути: главные научные достижения — 2022

Пять самых заметных достижений науки в 2022 году

Forbes
«Русский святочный рассказ». Монография о культурном феномене «Русский святочный рассказ». Монография о культурном феномене

Отрывок из книги Елены Душечкиной «Русский святочный рассказ»

СНОБ
Свобода или распущенность: почему мат становится частью повседневной лексики Свобода или распущенность: почему мат становится частью повседневной лексики

Как бранные слова могут повлиять на ментальное здоровье?

Psychologies
Дыхание праздника Дыхание праздника

«Предчувствие Нового года витает в воздухе» – это не просто изящные слова

Лиза
3 неудачных сценария знакомства, которые ты, скорее всего повторяешь раз за разом, и способы их избежать 3 неудачных сценария знакомства, которые ты, скорее всего повторяешь раз за разом, и способы их избежать

Часто, выстраивая отношения, мы бессознательно следуем привычным сценариям

Maxim
Если я заменю батарейки Если я заменю батарейки

Разговор с психологом Михаилом Стависским на тему всеобщего упадка сил и смыслов

Men Today
Когда можно бросить начатое: 5 ситуаций — мнение психотерапевта Когда можно бросить начатое: 5 ситуаций — мнение психотерапевта

Пять примеров, когда бросить начатое не только возможно, но и необходимо

Psychologies
Северо-Западный федеральный округ Северо-Западный федеральный округ

Северу есть, чем кормиться и что показать

Правила жизни
Джакпот Джакпот

«Москвичи» как гости столицы

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

Как появился Гринч?

ТехИнсайдер
«Кто-то должен быть здесь»: Женя Беркович о цензуре в театре и решении остаться «Кто-то должен быть здесь»: Женя Беркович о цензуре в театре и решении остаться

Театральная режиссерка Женя Беркович — о работе в театре и удочерении

Forbes
Что такое гринвошинг и как выбрать по-настоящему экологичную косметику? Что такое гринвошинг и как выбрать по-настоящему экологичную косметику?

Чем опасен гринвошинг в индустрии красоты

Правила жизни
The Sneg: история одной семьи, которая оставила всё ради мечты о собственной фабрике The Sneg: история одной семьи, которая оставила всё ради мечты о собственной фабрике

The Sneg — самый настоящий семейный бизнес, которых в России не так много

Inc.
Ни в какие ворота: самые грубые и неприятные вещи, которые можно сделать в чужом доме (и даже не заметить!) Ни в какие ворота: самые грубые и неприятные вещи, которые можно сделать в чужом доме (и даже не заметить!)

Некоторые правила этикета неочевидны, но все же стоит их усвоить

VOICE
Анализы для вегетарианцев Анализы для вегетарианцев

Как не навредить себе, перейдя на вегетарианство?

Лиза
Почему мы заводим животных вместо детей Почему мы заводим животных вместо детей

Как не поддаться чрезмерной любви к домашним животным

Psychologies
Бластер для взрослых, мясо из биореактора и летающая доска: самые интересные технологические новинки уходящего года Бластер для взрослых, мясо из биореактора и летающая доска: самые интересные технологические новинки уходящего года

В конце этого года изобретатели смогли выпустить много новых девайсов

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

Отрывок из страстного романа, рассказанного героинями греческих мифов

СНОБ
Потеря, тревога и стресс: как справиться с сильными переживаниями — 5 проверенных техник Потеря, тревога и стресс: как справиться с сильными переживаниями — 5 проверенных техник

Способы, которые помогают снизить уровень тревожности в трудные времена

Psychologies
Таинственная жизнь половинчатой женщины: она выступала в цирке и прожила успешную жизнь Таинственная жизнь половинчатой женщины: она выступала в цирке и прожила успешную жизнь

Габриэль не отказалась от всех возможных благ жизни, несмотря на недостаток

ТехИнсайдер
«Я рокер по натуре!» «Я рокер по натуре!»

Филипп Киркоров о самых необычных новогодних подарках

ЖАРА Magazine
Кино Кино

Пять фильмов, позволяющих иначе взглянуть на предпринимательство

Правила жизни
Наглядный пример: как видят мир кошки и человек Наглядный пример: как видят мир кошки и человек

Задумывались ли вы, как ваш любимый пушистик видит этот мир?

ТехИнсайдер
«Большая суета» и рассказы от М. Р. Джеймса — книги, с которых стоит начать 2023 год «Большая суета» и рассказы от М. Р. Джеймса — книги, с которых стоит начать 2023 год

Литературный критик рекомендует книги с новогодним настроением

Правила жизни
«Его фильмы дотягиваются до разных людей»: Федор Балабанов — об отце и его творчестве «Его фильмы дотягиваются до разных людей»: Федор Балабанов — об отце и его творчестве

Сын Алексея Балабанова — о том, почему он так любит Питер и как подбирал музыку

Forbes
Открыть в приложении