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

В Монголии раскопали принесенных в жертву древних комолых коров или быков В Монголии раскопали принесенных в жертву древних комолых коров или быков

Как обнаружили свидетельства того, что в Монголии разводили безрогих быков

N+1
Богатые и невезучие: 20 миллиардеров, попавших в паутину Сэма Бэнкмана-Фрида Богатые и невезучие: 20 миллиардеров, попавших в паутину Сэма Бэнкмана-Фрида

Внезапный крах FTX ударил по состояниям как минимум 20 богатейших людей мира

Forbes
Генетики выявили мужчин армянского происхождения в средневековом Болгаре Генетики выявили мужчин армянского происхождения в средневековом Болгаре

Палеогенетики секвенировали ДНК похороненных у стен средневекового Болгара

N+1
Андрей Деллос Андрей Деллос

Как сделать дворец уютным и нужно ли прививать москвичам привычку есть в музеях

Правила жизни
Можно ли плавать в Apple Watch: разбираемся в нюансах умных часов компании Можно ли плавать в Apple Watch: разбираемся в нюансах умных часов компании

Можно ли плавать в Apple Watch? Давайте разбираться. Нюансов здесь хватает

ТехИнсайдер
Двери Двери

Время открывает дверь, а жизнь говорит: «Войдите…»

Новый очаг
Подборка самых лучших новогодних и рождественских фильмов на все времена Подборка самых лучших новогодних и рождественских фильмов на все времена

Но что посмотреть уютными вечерами после прогулки по морозному лесу

ТехИнсайдер
Закон равновесия Закон равновесия

Интерьер загородного семейного особняка в стиле контемпорари

SALON-Interior
Знакомьтесь, Liili — восходящая поп-звезда из Казахстана, которую вы точно знаете по вирусному треку Hot Знакомьтесь, Liili — восходящая поп-звезда из Казахстана, которую вы точно знаете по вирусному треку Hot

Интервью с певицей Liili — о треке Hot, вирусной популярности и TikTok

Правила жизни
Откуда у людей появляется кариес, что происходит при этом заболевании и насколько оно опасно? Откуда у людей появляется кариес, что происходит при этом заболевании и насколько оно опасно?

Вот почему появляется кариес и как не допустить его образования

ТехИнсайдер
Как пережить праздники в кругу семьи, если ваши родственники токсичны: 7 советов Как пережить праздники в кругу семьи, если ваши родственники токсичны: 7 советов

Советы психологов, которые помогут пройти через застолия без вреда для психики

Psychologies
Все и стразы Все и стразы

Надежда Калеганова и Виктория Клинкова рассказали о своих нулевых

Grazia
Скажи им спасибо: кто изобрел посудомойку, стиральную машину и пылесос Скажи им спасибо: кто изобрел посудомойку, стиральную машину и пылесос

Кого благодарить за вымытую посуду, чистый пол и свежую одежду?

VOICE
Где драма, Мег: что мы узнали из второй части документального фильма о принце Гарри и Меган Маркл Где драма, Мег: что мы узнали из второй части документального фильма о принце Гарри и Меган Маркл

Что прояснилось в истории принца Гарри и Меган после документального фильма?

Правила жизни
Бизнес в гараже: как подросток из США заработал более $1 млн на самодельных слаймах Бизнес в гараже: как подросток из США заработал более $1 млн на самодельных слаймах

Как подростку удалось превратить слайм-лабораторию в гараже в прибыльный бизнес

Forbes
Как понять все о мужчине по той позе, в которой он спит Как понять все о мужчине по той позе, в которой он спит

То, как мы спим, может многое о нас рассказать

VOICE
Зимние забавы за пределами земли Зимние забавы за пределами земли

Возможно ли в темноте космоса найти места для катания на коньках?

Наука и жизнь
Всеславянский союз от Адриатики до Тихого океана Всеславянский союз от Адриатики до Тихого океана

Как Николай Данилевский заслужил славу идеолога панславизма

Наука
Швейцарские ученые: слишком сильная мотивация мешает принимать рациональные решения Швейцарские ученые: слишком сильная мотивация мешает принимать рациональные решения

Точное влияние мотивации на мозг до сих пор неизвестно

Inc.
Даже не говори Даже не говори

Анастасия Красовская рассказала о съемках обнаженной и языке кино

Grazia
Как создавалось золотое бикини принцессы Леи — один из самых знаменитых костюмов в кино Как создавалось золотое бикини принцессы Леи — один из самых знаменитых костюмов в кино

Как появился образ принцессы Леи в бикини и из чего оно было сделано

Правила жизни
Почему мы забываем плохое Почему мы забываем плохое

Ученые и врачи рассказывают, почему и как «время лечит»

Maxim
Рождественские и новогодние монстры из разных культур. Вы не захотите их у себя дома! Рождественские и новогодние монстры из разных культур. Вы не захотите их у себя дома!

В Рождество некоторые народы ждали не только чудес, но и чудовищ

ТехИнсайдер
Гараж особого назначения: мужское убежище или культурный миф? Гараж особого назначения: мужское убежище или культурный миф?

Как трансформировался гараж и какие тайны скрывались за его тяжелыми дверями?

Psychologies
Вы не поверите, как на самом деле спали в Средневековье: удивительные факты Вы не поверите, как на самом деле спали в Средневековье: удивительные факты

Как нелегко приходилось людям 500 лет назад

ТехИнсайдер
Самые плохие года в истории человечества Самые плохие года в истории человечества

Можно ли найти самый плохой год в истории человечества?

Maxim
Доброта по-американски Доброта по-американски

Комедии Джона Хьюза и хорошее отношение к подросткам

Weekend
Шаолиньская философия изменений: как двигаться вперед — мнение воина-монаха Шаолиньская философия изменений: как двигаться вперед — мнение воина-монаха

Что на самом деле означает «жить настоящим»? Какие в этом есть преимущества?

Psychologies
Она носила мужчин на руках: Леди Геркулес - самая сильная женщина XIX века Она носила мужчин на руках: Леди Геркулес - самая сильная женщина XIX века

Не все девушки в мире отличались своей хрупкостью и женственностью

ТехИнсайдер
У истоков атомной бомбы: кто же был У истоков атомной бомбы: кто же был

Кто работал над атомной бомбой?

ТехИнсайдер
Открыть в приложении