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

Центральную Анатолию назвали местом одомашнивания овец Центральную Анатолию назвали местом одомашнивания овец

Скорее всего, люди одомашнили конийских муфлонов в Центральной Анатолии

N+1
Что ему нужно Что ему нужно

Елена Альшанская рассказывает, чем можно помочь сиротам на самом деле

Новый очаг
Микропластик проникает в мозг «автостопом» в иммунных клетках Микропластик проникает в мозг «автостопом» в иммунных клетках

Из-за чего микропластик застревает в кровеносных сосудах головного мозга

ТехИнсайдер
Парень с нашего двора Парень с нашего двора

Сергей Марин о собственном взрослении и двойственности своей натуры

OK!
11 способов становиться немного умнее каждый день 11 способов становиться немного умнее каждый день

Интеллект, как и тело, требует правильного питания и регулярных тренировок

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
Мария-Антуанетта без пирожных Мария-Антуанетта без пирожных

Феминистский взгляд на эрцгерцогиню, закончившую жизнь на французской гильотине

Дилетант
7 фактов из жизни Владимира Сутеева 7 фактов из жизни Владимира Сутеева

Рассказываем о детском писателе и художнике Владимире Сутееве

Культура.РФ
«Электронная почта» нашего мозга: что нужно знать о памяти «Электронная почта» нашего мозга: что нужно знать о памяти

Что такое память, как она формируется и как научить ее работать на себя?

Psychologies
5 французских способов повысить самооценку — попробуйте сами 5 французских способов повысить самооценку — попробуйте сами

Как француженкам удается всегда оставаться довольными собой

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

Почему зависимые люди «срываются» и возвращаются к алкоголю?

Psychologies
Закусывать надо!.. Но правильно Закусывать надо!.. Но правильно

6 продуктов, которые нельзя совмещать с алкоголем

Лиза
Дыхание праздника Дыхание праздника

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

Лиза
Париж стоит мессы? Париж стоит мессы?

На протяжении почти 40 лет во Франции полыхала одна война

Дилетант
История браузера на телефоне: как посмотреть и почистить История браузера на телефоне: как посмотреть и почистить

Как посмотреть историю в самых популярных мобильных браузерах

CHIP
Все и стразы Все и стразы

Надежда Калеганова и Виктория Клинкова рассказали о своих нулевых

Grazia
Образ жизни Образ жизни

Петр Аксенов устроил в квартире на Адмиралтейской набережной светский салон

Собака.ru
Так выглядят предатели в твоем гардеробе, которые заставляют чувствовать себя неуверенно Так выглядят предатели в твоем гардеробе, которые заставляют чувствовать себя неуверенно

Даже при видимой опрятности ты можешь казаться неаккуратной

VOICE
Апокалипсис ноу Апокалипсис ноу

Как Дмитрий Черняков соединил четыре части вагнеровского «Кольца»

Weekend
Сибирский федеральный округ Сибирский федеральный округ

Здесь растет промышленность, а за ней — экономические показатели региона

Правила жизни
Зинаида Кириенко: Зинаида Кириенко:

Москва приняла меня со второго раза

Коллекция. Караван историй
Математика для бизнеса Математика для бизнеса

Зачем алгебраисты усовершенствовали бухгалтерский учет

N+1
Запах Нового года: 5 простых блюд с мандаринами, которые сможет приготовить даже тот, кто ни разу не стоял у плиты! Запах Нового года: 5 простых блюд с мандаринами, которые сможет приготовить даже тот, кто ни разу не стоял у плиты!

Из мандаринов можно приготовить десерт, коктейль и даже салат!

ТехИнсайдер
5 жутких фотографий, на которые попали призраки. Фотошоп или мистика? 5 жутких фотографий, на которые попали призраки. Фотошоп или мистика?

Этим людям казалось, что они позируют одни

ТехИнсайдер
От Дашковой до Ковалевской: как женщины преподавали и занимались наукой От Дашковой до Ковалевской: как женщины преподавали и занимались наукой

Историк науки Ольга Валькова — как были связаны научная карьера и брак

Forbes
Абашова Абашова

Прима-балерина Мария Абашова триумфально вернулась на сцену родного театра

Собака.ru
Мы живем в эпоху угасания Новой истории Мы живем в эпоху угасания Новой истории

Историк Борис Мячин: Россия — это самостоятельный суперэтнос

Эксперт
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.
Боялась, что никто не воспримет всерьез: как Хейли Бибер строит косметический бизнес Боялась, что никто не воспримет всерьез: как Хейли Бибер строит косметический бизнес

Как развивается бренд Хайли Бибер

Forbes
Открыть в приложении