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

Европейцы и потомки азиатов почти не смешались на западе Аварского каганата Европейцы и потомки азиатов почти не смешались на западе Аварского каганата

Авары господствовали над этнически и культурно неоднородным населением

N+1
Инцест, абьюз, сексуальное насилие: почему так трудно вспоминать детские травмы Инцест, абьюз, сексуальное насилие: почему так трудно вспоминать детские травмы

Как осознание произошедшего становится первым шагом к исцелению?

Psychologies
Древние люди появились в Европе почти 2 миллиона лет назад Древние люди появились в Европе почти 2 миллиона лет назад

Дата появления древних людей в Европе отодвинулась на полмиллиона лет

ТехИнсайдер
Найти гадалок, доставить бабочек в Куршевель: консьерж — о запросах Найти гадалок, доставить бабочек в Куршевель: консьерж — о запросах

Консьерж-службы: внутренняя кухня и самые экзотические запросы жильцов

РБК
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
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
Как улучшить психическое здоровье? Нужно переехать в особую местность: ответ ученых Как улучшить психическое здоровье? Нужно переехать в особую местность: ответ ученых

Что поможет человеку улучшить его душевное состояние?

ТехИнсайдер
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
Мышление трудоголика: 7 ошибок — как перестать работать на износ Мышление трудоголика: 7 ошибок — как перестать работать на износ

Типичные мыслительные паттерны, которые свойственны трудоголикам

Psychologies
Знаешь, все еще будет. Антон Уткин — о единении и улыбке в зуме Знаешь, все еще будет. Антон Уткин — о единении и улыбке в зуме

Режиссер Антон Уткин — о том, как сегодня поддерживать друг друга

РБК
Станислав Дробышевский: «Человек может поменять себя в нужном направлении» Станислав Дробышевский: «Человек может поменять себя в нужном направлении»

Антрополог Станислав Дробышевский — об адаптации человека к современному миру

РБК
«Жена, а не человек»: как Софья Толстая боролась за собственный голос «Жена, а не человек»: как Софья Толстая боролась за собственный голос

Как Софья Толстая боролась за право высказываться и творить?

Forbes
Красная икра: как правильно выбрать, чтобы потом не было стыдно за новогодний стол Красная икра: как правильно выбрать, чтобы потом не было стыдно за новогодний стол

Как правильно выбрать икру?

ТехИнсайдер
Зачем нужна система ценностей: 3 способа провести ревизию и изменить жизнь Зачем нужна система ценностей: 3 способа провести ревизию и изменить жизнь

Как понять, что нам действительно важно? Зачем перестраивать систему ценностей?

Psychologies
Как стать номером один Как стать номером один

Профессия PR-специалиста трансформируется, приобретая гибридные формы

Bones
Трагическая смерть и удивительное воскрешение: почему Тим Бертон — большой художник Трагическая смерть и удивительное воскрешение: почему Тим Бертон — большой художник

Разбираемся в удивительной фильмографии Тима Бертона

Правила жизни
Первая позиция Первая позиция

Почему за миссионерской позой закрепилась репутация скучной и консервативной?

VOICE
Зинаида Кириенко: Зинаида Кириенко:

Москва приняла меня со второго раза

Коллекция. Караван историй
Китайские производители электромобилей бросают вызов экспорту Tesla Китайские производители электромобилей бросают вызов экспорту Tesla

Китайские производители электромобилей активно экспортируют свои авто

4x4 Club
«Без хорошего внутреннего продукта мы не сможем развиваться» «Без хорошего внутреннего продукта мы не сможем развиваться»

Как ставки на спорт сейчас помогают поддерживать российских спортсменов

Деньги
Девочка, которая в 10 лет стала серийной убийцей: жуткая история Мэри Белл Девочка, которая в 10 лет стала серийной убийцей: жуткая история Мэри Белл

Мэри Флора Белл появилась на свет в 1957 году в бедном районе Ньюкасла

VOICE
Хотела знать, но стеснялась спросить: как Хотела знать, но стеснялась спросить: как

Как восстановить эстетику половых органов и вернуть остроту оргазмов

VOICE
Философия в комиксах: топ-5 фактов о «Хронозисе» таинственного мыслителя Резы Негарестани Философия в комиксах: топ-5 фактов о «Хронозисе» таинственного мыслителя Резы Негарестани

Комикс «Хронозис» — калейдоскоп из философских размышлений о природе времени

ТехИнсайдер
Устройство с умом: как технологии помогают развивать инклюзивность в образовании Устройство с умом: как технологии помогают развивать инклюзивность в образовании

Как в России развивается инклюзивное образование?

Forbes
Могучий Могучий

Самолет, который стоит на вооружении, но не имел возможности раскрыть потенциал

ТехИнсайдер
Праздник без слёз Праздник без слёз

Детский психолог озвучила 5 правил спокойного праздника

Новый очаг
Лаборатория лицом к морю Лаборатория лицом к морю

Как создавалась и как теперь работает Беломорская биостанция

Наука
Белый след Белый след

Ботанический барельеф моментально увлекает всех, кто к нему прикасается

Новый очаг
МAXIM посмотрел «Аватар-2» и готов вынести вердикт, стоит ли смотреть фильм на большом экране МAXIM посмотрел «Аватар-2» и готов вынести вердикт, стоит ли смотреть фильм на большом экране

«Аватар-2»: Строили мы, строили и наконец построили

Maxim
Как в Москве повышают квалификацию врачей Как в Москве повышают квалификацию врачей

Как работает Кадровый центр Департамента здравоохранения Москвы

СНОБ
Открыть в приложении