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

На египетской картине нашли библейский синий На египетской картине нашли библейский синий

Из чего древние египтяне делали редкую краску — библейский синий

N+1
«Было ощущение, что это цитадель лучших из лучших»: как бизнес-аналитик 15 лет пытается устроиться в EPAM «Было ощущение, что это цитадель лучших из лучших»: как бизнес-аналитик 15 лет пытается устроиться в EPAM

Иван — бизнес-аналитик с четырёхлетним стажем и мечтой о работе в EPAM

VC.RU
Тайна затонувшего галеона «Сан-Хосе»: что рассказали золотые монеты на морском дне Тайна затонувшего галеона «Сан-Хосе»: что рассказали золотые монеты на морском дне

Ученые изучили корабль «Сан-Хосе» и его хрупкие останки

ТехИнсайдер
Никаких токсичных шуток: как культура отмены убивает стендап-комедию Никаких токсичных шуток: как культура отмены убивает стендап-комедию

Как культура отмены влияет на индустрию юмора

Psychologies
Скандинавская ходьба: глупый тренд или топовое упражнение для поддержания здоровья? Скандинавская ходьба: глупый тренд или топовое упражнение для поддержания здоровья?

Оказывают ли какой-то эффект палки в скандинавской ходьбе?

ТехИнсайдер
20 тревожных симптомов, что из ваших отношений уходит любовь 20 тревожных симптомов, что из ваших отношений уходит любовь

Проверьте не исчезает ли из ваших отношений то, что когда-то вас связало

Psychologies
Живописец пустоты: Алексей Балабанов в документальном фильме Любови Аркус Живописец пустоты: Алексей Балабанов в документальном фильме Любови Аркус

«Балабанов. Колокольня. Реквием» — фильм о народном режиссере России

Forbes
Названы самые безопасные автомобили по результатам краш-тестов. Список Названы самые безопасные автомобили по результатам краш-тестов. Список

Наиболее безопасные модели авто: посмотрите, как их разбили в краш-тестах

РБК
Почему в детстве нас заставляли есть кашу? Простое объяснение Почему в детстве нас заставляли есть кашу? Простое объяснение

Что полезного в кашах?

ТехИнсайдер
Реальные Маугли: 5 жутких историй одичавших детей Реальные Маугли: 5 жутких историй одичавших детей

Истории детей, которые росли вне человеческого общества

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

Как появился Гринч?

ТехИнсайдер
Отрывок из книги Герта Нюгордсхауга «Зоопарк доктора Менгеле» Отрывок из книги Герта Нюгордсхауга «Зоопарк доктора Менгеле»

Отрывок из экологического триллера «Зоопарк доктора Менгеле»

СНОБ
Помогает ли вера стать счастливее: мнения агностика, иудея и христианки Помогает ли вера стать счастливее: мнения агностика, иудея и христианки

Наши герои — о том, почему без своих убеждений не мыслят своей жизни

Psychologies
Взрослые дети и зрелые родители: 14 советов, как наладить общение Взрослые дети и зрелые родители: 14 советов, как наладить общение

Почему мы раздражаемся на наших родителей?

Psychologies
Спорт, алкоголь и секс: 15 видов скрытого саморазрушения — необычные признания Спорт, алкоголь и секс: 15 видов скрытого саморазрушения — необычные признания

Обычные люди рассказывают о незаметном саморазрушительном поведении

Psychologies
10 привычек перед сном, которые тебе вредят 10 привычек перед сном, которые тебе вредят

Что точно нельзя делать перед сном?

VOICE
Амосова Амосова

Коллекционер Анна Амосова показывает, как сделать арт плюс фэшн в интерьере

Собака.ru
Как создать канал в Телеграме: инструкция для смартфонов и компьютеров Как создать канал в Телеграме: инструкция для смартфонов и компьютеров

Изучите наши советы о том, как создать собственный канал в Телеграме

CHIP
Как скопировать фотографии со смартфона на компьютер Как скопировать фотографии со смартфона на компьютер

Способы копирования или переноса фотографий с телефона на компьютер

CHIP
Правила гриля Правила гриля

Гриль — это целый мир, если в нем правильно живешь, он тебя завлекает

Bones
Пока Земля еще вертится Пока Земля еще вертится

Мария Елисеева — человек, который создал свою планету

Seasons of life
13 мифов о страшном сахаре: оказывается, не так страшен черт, как его малюют! 13 мифов о страшном сахаре: оказывается, не так страшен черт, как его малюют!

Каждый слышал пугалки про употребление сахара. Но так ли они правдивы?

ТехИнсайдер
Ольга Донцова: самая большая продолжительность жизни — у академиков Ольга Донцова: самая большая продолжительность жизни — у академиков

Академик Ольга Донцова — об антибиотиках и вирусах

Наука
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
Балабанов, Пелевин и Дэвид Боуи. Подводим итоги года в документальном кино Балабанов, Пелевин и Дэвид Боуи. Подводим итоги года в документальном кино

Главные документальные проекты 2022 года

СНОБ
Как перестать переживать, что подумают другие: 8 важных советов — прислушайтесь к ним Как перестать переживать, что подумают другие: 8 важных советов — прислушайтесь к ним

Как прислушиваться к дельным советам и игнорировать непрошеную критику?

Psychologies
Если я заменю батарейки Если я заменю батарейки

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

Men Today
«Надо устроить человеческое житье» «Надо устроить человеческое житье»

О жизни и деятельности выдающегося чиновника Александра Кривошеина

Наука
Андрей Деллос Андрей Деллос

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

Правила жизни
Эта дворянская семья влияет на Россию столетиями! Вы точно знаете их Эта дворянская семья влияет на Россию столетиями! Вы точно знаете их

Семьи служителей царя, поэтов и кинематографистов, влияющие на Россию

ТехИнсайдер
Открыть в приложении