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

Миниатюрный орнитоптер стал одноногим прыгуном Миниатюрный орнитоптер стал одноногим прыгуном

Как инженеры создали робота-прыгуна массой меньше грамма

N+1
Как это произошло?! 10 страшных фотографий, сделанных за несколько минут до смерти Как это произошло?! 10 страшных фотографий, сделанных за несколько минут до смерти

Эти снимки подтверждают, что наша жизнь слишком непредсказуема

ТехИнсайдер
Вот почему люди стали использовать огонь — и приготовление пищи тут не при чем Вот почему люди стали использовать огонь — и приготовление пищи тут не при чем

Исследование, перечеркнувшее привычную картину: зачем люди приручили огонь

Inc.
От шота до хайбола От шота до хайбола

Что же и во что надо наливать?

Лиза
«Болезни Империи. Как пытки рабов и зверства во время войн изменили медицину» «Болезни Империи. Как пытки рабов и зверства во время войн изменили медицину»

Почему во время Крымской войны большинство солдат погибало в госпиталях

N+1
Бодрой ночи Бодрой ночи

Что такое синдром «последнего дня года» и как с ним правиться?

Лиза
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
Найдено многообещающее средство от депрессии. Секрет — в сочетании медикамента и компьютерной программы Найдено многообещающее средство от депрессии. Секрет — в сочетании медикамента и компьютерной программы

Как простые упражнения на компьютере могут помочь в лечении депрессии

Psychologies
Энергия под контролем Энергия под контролем

Водородная и альтернативная энергетика а также её защита

Наука
Классика жанра Классика жанра

Глубина философии или просто утопия?

Автопилот
Как подключить телефон к смарт часам: все шаги и возможные проблемы Как подключить телефон к смарт часам: все шаги и возможные проблемы

Как подключить андроид к умным часам?

CHIP
Лучшие новогодние и рождественские хорроры и триллеры Лучшие новогодние и рождественские хорроры и триллеры

Хорроры на тот случай, если 2022 год тебя вообще не напугал

Maxim
Долг Германии за Первую мировую войну был настолько большим, что на его погашение ушло 92 года Долг Германии за Первую мировую войну был настолько большим, что на его погашение ушло 92 года

Как Германия выплачивала свои долги после Первой мировой войны?

ТехИнсайдер
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
Успеть в последний момент Успеть в последний момент

Несколько маршрутов, куда можно отправиться в каникулы с семьей

Лиза
484 сантиметра на двоих: трагическая история любви самой высокой пары в мире 484 сантиметра на двоих: трагическая история любви самой высокой пары в мире

Как считаете, какого живется людям, чей рост составляет почти 2,5 метра?

ТехИнсайдер
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
На изящном: как итальянский монах-иезуит Джузеппе Кастильоне стал придворным художником в Китае На изящном: как итальянский монах-иезуит Джузеппе Кастильоне стал придворным художником в Китае

Монах Джузеппе Кастильоне создал при китайском дворе около двухсот картин

Правила жизни
Женская доля: сколько предпринимательниц в РФ и как они строили бизнес в 2022 году Женская доля: сколько предпринимательниц в РФ и как они строили бизнес в 2022 году

Как одни женщины спасали свой бизнес, а другие увидели возможности для развития

Forbes
Мэрайя Кэри Мэрайя Кэри

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

ЖАРА Magazine
Помогает ли организму витамин С в борьбе против простуды? Помогает ли организму витамин С в борьбе против простуды?

Разбираемся, что стоит за теорией о пользе огромных доз витамина С

ТехИнсайдер
Топ-5 продуктов, которые блокируют рост раковых клеток: только научные данные Топ-5 продуктов, которые блокируют рост раковых клеток: только научные данные

То, что вы едите, может кардинально повлиять на многие аспекты вашего здоровья

ТехИнсайдер
Как отличить некомпетентного человека, от человека с «синдромом самозванца» Как отличить некомпетентного человека, от человека с «синдромом самозванца»

Как распознать человека с «синдромом самозванца»

Maxim
Техника побега Техника побега

BMW Isetta как средство перемещения между мирами

Автопилот
Язык под соусом Язык под соусом

Кулинария – один из самых выразительных способов коммуникации

Grazia
Что было бы, если бы Колумб не открыл Америку Что было бы, если бы Колумб не открыл Америку

Представьте, что Христофор Колумб все-таки доплыл до Индии, а не до Америки

ТехИнсайдер
Почему жены подают на развод чаще, чем мужья: объяснение психотерапевта Почему жены подают на развод чаще, чем мужья: объяснение психотерапевта

Как сохранить союз, который оказался не таким идеальным, как вы представляли?

Psychologies
Целыми днями работаете за компьютером? 8 способов снять усталость и напряжение с глаз Целыми днями работаете за компьютером? 8 способов снять усталость и напряжение с глаз

Как помочь своим глазам пережить рабочий день?

Inc.
Может ли укус кошки убить человека? Ответ вас удивит! Может ли укус кошки убить человека? Ответ вас удивит!

Укус кошки может стать смертельным

ТехИнсайдер
«18 — детский возраст»: психолог объясняет, почему это так «18 — детский возраст»: психолог объясняет, почему это так

В 18–20 лет мы кажемся себе взрослыми, но мозг еще далек от зрелости

Psychologies
Открыть в приложении