Андрей Смирнов
Время чтения: ~16 мин.
Просмотров: 0

Как создать эффект ржавчины на металле и других поверхностях?

Отличия эко-жилья от энергосберегающих домов

Ржавчина — химические основы процесса

Железо – химически активный металл, который в присутствии воды и кислорода легко окисляется, образуя несколько соединений – оксидов, гидроксидов и их гидратов. Как ни странно, но точной формулы ржавчины не существует: в зависимости от условий окружающей среды продукт окисления железа имеет переменный состав: nFe(OH)3*mFe(OH)2*pH2O. Поражение ржавчиной происходит по всей поверхности металла, но наиболее уязвимыми местами являются сварные швы, внутренние углы конструкций, отверстия для резьбовых соединений. По своей структуре ржавчина очень рыхлая, сцепление с металлом практически отсутствует. Из-за высокой пористости слой ржавчины легко задерживает атмосферную влагу, создавая благоприятные условия для дальнейшего разрушения металла.

Опасность процесса в том, что визуально оценить степень поражения металлической конструкции не представляется возможным: под красно-бурым слоем ржавчины металл может быть полностью разрушен. Если своевременно не принять меры, результат может оказаться плачевным, вплоть до полного разрушения изделия. Одно дело, если это – ржавый гвоздь в стене дачного домика, и совсем другое – если ржавчина поразила опору ЛЭП или корпус морского судна.

Чем можно подкормить лебедей?

В естественной среде обитания лебедей лучше не подкармливать вообще. Они привыкают к «хлебным местам» и не желают добывать себе корм самостоятельно.

С наступлением холодов птицы страдают, не могут сориентироваться и улететь на поиски не замерзших водоемов. В результате начинают болеть и могут погибнуть.

Человек, прикармливающий птиц, должен знать, чем питается лебедь, и соблюдать следующие правила:

  1. Нельзя давать им черный хлеб, он плохо усваивается и может привести к заболеваниям ЖКТ.
  2. Белым хлебом птиц можно кормить в небольших количествах.
  3. Не следует кормить птиц испорченными продуктами — это смертельно опасно!
  4. В холода лебедю полезно дать нашинкованные сырые или отваренные до полуготовности овощи, запаренный рис и пшено.
  5. В мороз идеальным прикормом будет смесь зерновых или комбикорм без соли.

Органы пищеварения этих птиц устроены так, что они должны запивать еду водой, поэтому корм нужно бросать в воду или на край берега.

Доменный процесс производства чугуна

Доменный процесс производства чугуна составляют следующие стадии:

а) подготовка (обжиг) сульфидных и карбонатных руд — перевод в оксидную руду:

FeS2→Fe2O3   (O2,800°С, -SO2)       FeCO3→Fe2O(O2,500-600°С, -CO2)

б)  сжигание кокса при горячем дутье:

С(кокс) + O2 (воздух) →СO2   (600—700°С)   СO2 + С(кокс) ⇌ 2СО   (700—1000    °С)

в) восстановление оксидной руды угарным газом СО последовательно:

Fe2O3→(CO) (FeIIFe2III)O4→(CO) FeO→(CO) Fe

г) науглероживание железа (до 6,67 % С) и расплавление чугуна:

)→(C(кокс) 900—1200°С)(ж)  (чугун, t пл 1145°С)

В чугуне всегда в виде зерен присутствуют цементит Fe2С и графит.

Методы борьбы с ржавчиной

Коррозия железа портит промышленное оборудование и приносит много убытков. Чтобы этого не происходило, нужно правильно обрабатывать поверхность качественными лакокрасочными материалами. Абразивоустойчивый метод очистки считается самым результативным.

Предотвратить возникновение ржавых пятен можно 3-мя способами:

Чтобы не появлялась коррозия, используется конструкционная нержавеющая сталь. Когда проектируется оборудование, все детали защищаются от воздействия коррозийной среды клеящими составами, герметиками, эластичными прокладками.

При активном методе на детали воздействует электрическое поле с помощью оборудования, подающего постоянный ток. Для увеличения электродного потенциала изделий из железа, выбирается подходящее напряжение.

Иногда применяют жертвенные аноды, взятые от более активных элементов, такой способ называется пассивным. Металлические детали помогает защитить специальное антикоррозийное покрытие.

Кислородная коррозия возникает на деталях, покрытых оловом. Краска, эмаль или полимеры используются для защиты открытого металла от воды и воздуха. Часто сталь покрывается оловом, никелем, цинком, хромом. Основной материал остается защищенным даже после частичного разрушения защитного слоя. Цинк отличается более отрицательным потенциалом, поэтому ржавеет первым.

Консервные банки производят из жести. Когда деформируется оловянная прослойка, железо быстро ржавеет, поскольку потенциал такой защиты более положительный. Металл защищают от коррозии методом хромирования.

Цинк и магний имеют более отрицательный потенциал, поэтому прекрасно подходят для покрытия металлов. Такой метод защиты называют катодным, он предотвращает развитие коррозийного налета многих изделий. Цинковые пластины устанавливаются на морские суда, подземные коммуникации, другое оборудование для защиты корпуса.

На цинковой и магниевой прослойках формируется оксидная пленка, которая сдерживает разрушительный процесс. Если в сталь добавить немного хрома, изделия будут защищены.

Газотермическое напыление применяется для борьбы с коррозией и помогает восстановить различное оборудование. С помощью специального оборудования на поверхность наносится другой металл, в результате коррозия происходит медленно.

Металлы, которые предстоит применять в агрессивной среде, обрабатывают термодиффузионным цинковым покрытием. Такой метод обеспечивает наибольшую защиту , покрытие не отслаивается и не откалывается после ударов или деформации.

Металлы обрабатываются кадмием, что хорошо защищает даже в морской воде. Кадмий высокотоксичен, поэтому используется нечасто.

Коррозия металлов и способы защиты от нее

Коррозией металла называют процесс его самопроизвольного разрушения в результате контакта с окружающей средой.

Коррозия бывает химическая и электрохимическая.

Химическая коррозия — вид коррозии, при котором металл разрушается из-за его взаимодействия с газами или жидкостями, не проводящими электрический ток. Так, например, к химической коррозии относится образование окалины при взаимодействии железа с кислородом при высоких температурах, а также разрушение металлического оборудования под действием нефтяных фракций, содержащих сернистые соединения.

Электрохимической коррозией называют разрушение металла в растворе электролита вследствие возникновения в данной системе электрических токов. Электрические токи, способствующие коррозии, возникают в тех случаях, когда в растворе электролита изделие из металла контактирует с другим менее активным металлом. Также такие токи могут появляться из-за химической неоднородности металлического материала, из которого выполнено изделие.

Так, например, из-за электрохимической коррозии страдают подводные части судов, паровые котлы, трубопроводы, металлические конструкции в почве и т.д.

Способы защиты металлов от коррозии

1) Контроль условий, в которых эксплуатируется металлическое оборудование. Например, хранение и использование изделий из стали на открытом воздухе нежелательно и этого, по возможности, следует избегать. Эксплуатация металлического оборудования в помещениях с низкой влажностью существенно продлит его срок службы.

2) Создание защитных покрытий, изолирующих металлоконструкцию от контакта с окружающей средой. Среди таких покрытий различают:

— неметаллические покрытия — всевозможные краски, лаки, эмали, а также пленки из таких полимеров, как полиэтилен, поливинилхлорид и т.д.;

— химические покрытия (оксидные, нитридные, фосфатные и т.д.) (Такие покрытия получают специальной химической обработкой поверхности металла.);

— металлические покрытия.

Металлические покрытия получают нанесением на защищаемую металлическую конструкцию тонкого слоя другого металла (чаще всего с помощью процесса электролиза).

При этом, если в качестве покрытия используется менее активный металл, то такое покрытие будет защищать металлоконструкцию только при условии его целостности. В случае, если целостность такого покрытия будет нарушена, защищаемый металл будет ускоренно корродировать.

Также широко используется покрытие металлоконструкций более активным металлом. Например, распространено использование так называемого оцинкованного железа. Такое покрытие защищает металлические объекты даже при нарушении его целостности, поскольку пока практически полностью не исчезнет слой покрытия из более активного металла, коррозия металла, из которого сделан защищаемый объект, не начнется.

3) Электрохимические методы защиты:

— катодная защита — вид защиты, при котором металлический объект подключается с помощью проводников к катоду внешнего источника тока либо же приводится в контакт с более активным металлом.

Частный случай катодной защиты, при котором металлическая конструкция приводится в контакт с более активным металлом, называют протекторной защитой.

4) Изменение химических свойств среды, в которой эксплуатируется металлическое изделие, в частности:

— добавление в среду веществ, замедляющих коррозию (ингибиторов коррозии).

— дегазация среды (удаление растворенных в ней газов, в частности, кислорода). Например, такой метод работает для защиты от ржавления железа, поскольку в процессе ржавления железа активное участие принимает не только вода, но и кислород:

4Fe + 6H2O + 3O2 = 4Fe(OH)3

Лучшие преобразователи ржавчины в виде аэрозолей и спреев

Спреи и аэрозоли для борьбы с ржавчиной весьма востребованы у покупателей. Причиной тому является удобный способ нанесения и относительная безопасность такого средства. Лучшими аэрозольными средствами для борьбы с коррозией автовладельцы называют указанные в нашем рейтинге.

Цинкарь

Это преобразователь ржавчины с цинком и марганцем, успешно сочетающий в себе механический и гальванический способы защиты от коррозии металла. При нанесении препарата на поверхность, происходит химическая реакция, способствующая распаду оксидов железа и образованию прочной защитной плёнки. Такой результат достигается благодаря точному сочетанию активных кислот и органических элементов в составе данного антикоррозийного средства. В продаже имеется флакон обычный и с распылителем. Второй вариант был разработан для защиты рук от взаимодействия с химическими составляющими препарата.

Достоинства

  • Равномерно распределяется по всей поверхности;
  • Благодаря распылителю можно обработать труднодоступные места;
  • Не воспламеняется;
  • Не требует смывки;
  • Защищает руки от прямого попадания реагентов.

Недостатки

  • Работает только с тонким слоем ржавчины;
  • Недолговечный, особенно в условиях повешенной влажности.

На многих форумах это средство хвалят за надежность и качественное действие. Однако пользующиеся им автовладельцы рекомендуют вначале попытаться максимально удалить ржавчину механическим путём, а уже потом обрабатывать поверхность препаратом.

Hi Gear

Этот преобразователь ржавчины в грунт пользуется широкой популярностью как у рядовых автолюбителей, так и у опытных механиков. Препарат предназначен для нейтрализации коррозии и образования прочного защитного покрытия, не поддающегося воздействию воды и температуры.

Состав значительно улучшает сцепление металла с нанесенным поверх него лаком или грунтовкой. Для качественного результата на обрабатываемое место следует распылить несколько слоев препарата с интервалом в 2-3 часа. Состав рекомендовано использовать при температуре воздуха от +10 до +30°С.

Достоинства

  • Эффективно удаляет ржавчину;
  • Удобно наносится;
  • Позволяет быстро покрыть большую поверхность;
  • Можно добраться до труднодоступных мест;
  • Длительный эффект после обработки.

Недостатки

Высокая стоимость.

Астрохим

…Преобразователь ржавчины «Астрохим» был протестирован нами при обработке поверхности кузова автомобиля. С небольшим очагом поражения препарат справился хорошо, образовав на месте нанесения тонкую пленку. Из недостатков можно отметить разве что сильный неприятный запах данного средства…
Мнение эксперта

Это аэрозольный преобразователь ржавчины для автомобиля, действие которого заключается в создании прочной водостойкой защитной пленки путем превращения продуктов коррозии металла в твердое покрытие, служащее основой для будущей покраски или грунтовки.

Препарат способствует значительному улучшению сцепления обработанной поверхности с лакокрасочным покрытием и препятствует образованию повторных очагов поражения на обрызганных участках. Для качественного результата средство рекомендовано распылять несколькими тонкими слоями с интервалом сушки в 2-3 минуты. Температурный диапазон использования препарата колеблется от +10 до +30°С.

Достоинства

  • Доступная стоимость;
  • Хорошо удаляет небольшие очаги повреждения;
  • В продаже есть различные объёмы флаконов;
  • Покрывает труднодоступные места;
  • Быстро сохнет.

Недостатки

  • Требует тщательной смывки;
  • Не оцинковывает поверхность.

Железная руда

В чистом виде этот металл встречается редко. Некоторые метеориты содержат элементарное железо. Этот элемент химически реагирует с кислородом и водой для производства железосодержащих минералов. Любой камень, который содержит достаточное количество этого металла, добываемого в экономических целях, называется железной рудой. Наиболее распространенными ее минералами являются:

  • оксид железа (формула Fe2O3), который образуется под воздействием кислорода;
  • гидратированный оксид железа, который образуется в результате реакции в воде.

Наиболее важными железными рудами являются минералы оксида железа, называемые гематитом и магнетитом. Высокая концентрация Fe делает их наиболее предпочтительными в промышленности. Добыча железа осуществляется на крупнейших месторождениях руды. Чаще всего это образования, которые представляют собой древние осадочные породы. Они содержат слои минералов оксида железа (формула Fe2O3) толщиной до нескольких сантиметров.

Виды растворителей ржавчины

Существует несколько критериев, по которым можно разделить все реализуемые растворители ржавчины. Первый из них — поверхности. Средства делятся на предназначенные для:

  • скрытых поверхностей;
  • наружных поверхностей.

В данном случае их различие состоит лишь в способе доставки средства к очагу коррозии (возможность работы с труднодоступными местами), а также уровень агрессивности к лакокрасочному покрытию автомобиля, резиновым деталям, пластику. В остальном же уничтожители по своим свойствам одинаковы, и должны соответствовать следующим требованиям:

  • иметь высокую степень адгезии (прилипание к поверхности);
  • высокую проникающую способность;
  • вытеснять влагу и электролиты с обрабатываемой поверхности, а также в дальнейшем защищать от их действия;
  • впитываться и проникать в трещины на поверхности, даже самые мелкие;
  • быть нейтральным к лакокрасочному покрытию автомобиля (вообще, к краскам, лакам);
  • создавать после обработки прочную эластичную защитную пленку;

Следующий фактор, по которому делятся растворители ржавчины — агрегатное состояние. Их всего три:

  • аэрозоль;
  • гель;
  • жидкость (спрей).

Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, поэтому выбор агрегатного состояния должен основываться на удобстве использования и стоящих перед автолюбителем задачах.

Тип растворителя ржавчины на кузове

Растворитель ржавчины имеет в составе воду, реагенты, ингибиторыа и присадки. Поэтому зависимо от основного действующего вещества разделены на типы и отличаются по эффективности. Средства по борьбе с ржавчиной делятся на следующие типы:

  • Кислотосодержащие препараты. Это самые агрессивные средства из данного списка. Соответственно, они могут справиться с самой застарелой и въевшейся ржавчиной. Однако недостатком таких средств является, во-первых, вероятность повреждения обрабатываемой поверхности, а во-вторых, вред для кожи и органов дыхания человека. Поэтому работать с ними нужно в средствах индивидуальной защиты — резиновых перчатках и респираторе.
  • Антиржавины с ингибиторами коррозии. Это средние по эффективности средства, имеющие, в том числе, и защитные свойства. Работают на основе танина и входящих в их состав присадок. Их разнообразие очень велико.
  • Преобразователи ржавчины. После их нанесения на пораженную поверхность они превращают ржавчину в грунтовое покрытие (обычно с помощью цинка). Далее на подготовленную поверхность можно наносить краску или лак.

В последнее время все чаще в продаже можно встретить растворители ржавчины, в состав которых входит дисульфид молибдена (MoS2). Это соединение снижает трение на обрабатываемой поверхности.

Предотвращение ржавления

Отслаивающаяся краска обнажает участки ржавой поверхности листового металла.

Ржавчина является проницаемой для воздуха и воды, поэтому внутрилежащее железо продолжает разъедаться. Предотвращение ржавчины, следовательно, требует покрытия, которое исключает образование ржавчины. На поверхности нержавеющей стали образуется пассивирующий слой оксида хрома(III). Подобное проявление пассивации происходит с магнием, титаном, цинком, оксидом цинка, алюминием, полианилином и другими электропроводящими полимерами.

Гальванизация

Хорошим подходом к предотвращению ржавчины является метод гальванизации, который обычно заключается в нанесении на защищаемый объект слоя цинка либо методом горячего цинкования, либо методом гальванотехники. Цинк традиционно используется, потому что он достаточно дёшев, обладает хорошей адгезией к стали и обеспечивает катодную защиту на стальную поверхность в случае повреждения цинкового слоя. В более агрессивных средах (таких, как солёная вода), предпочтительнее кадмий. Гальванизация часто не попадает на швы, отверстия и стыки, через которые наносилось покрытие. В этих случаях покрытие обеспечивает катодную защиту металла, где оно выступает в роли гальванического анода, на который прежде всего и воздействует коррозия. В более современные покрытия добавляют алюминий, новый материал называется цинк-алюм. Алюминий в покрытии мигрирует, покрывая царапины и, таким образом, обеспечивая более длительную защиту. Этот метод основан на применении оксидов алюминия и цинка, защищающих царапины на поверхности, в отличие от процесса оксидизации, как в случае применения гальванического анода. В некоторых случаях при очень агрессивных средах или длительных сроках эксплуатации применяются одновременно и гальванизация цинком, и другие защитные покрытия, чтобы обеспечить надёжную защиту от коррозии.

Катодная защита

Основная статья: Катодная защита

Катодная защита является методом, используемым для предотвращения коррозии в скрытых под землёй или под водой структурах путём подачи электрического заряда, который подавляет электрохимические реакции. Если её правильно применять, коррозия может быть остановлена полностью. В своей простейшей форме это достигается путём соединения защищаемого объекта с протекторным анодом, в результате чего на поверхности железа или стали происходит только катодный процесс. Протекторный анод должен быть сделан из металла с более отрицательным электродным потенциалом, чем железо или сталь, обычно это цинк, алюминий или магний.

Лакокрасочные и другие защитные покрытия

От ржавчины можно предохранять с помощью лакокрасочных и других защитных покрытий, которые изолируют железо из окружающей среды. Большие поверхности, поделённые на секции, как например, корпуса судов и современных автомобилей, часто покрывают продуктами на основе воска. Такие средства обработки содержат также ингибиторы от коррозии. Покрытие стальной арматуры бетоном (железобетон) обеспечивает некоторую защиту стали в среде с высоким рН. Однако коррозия стали в бетоне всё ещё является проблемой.

Покрытие слоем металла

Ржавчина может полностью разрушить железо

Обратите внимание на гальванизацию незаржавевших участков.

  • Оцинковка (оцинкованное железо/сталь): железо или сталь покрываются слоем цинка. Может использоваться метод горячего цинкования или метод цинкового дутья.
  • Лужение: мягкая листовая сталь покрывается слоем олова. В настоящее время практически не используется из-за высокой стоимости олова.
  • Хромирование: тонкий слой хрома наносится электролитическим способом на сталь, обеспечивая как защиту от коррозии, так и яркий, полированный внешний вид. Часто используется в блестящих компонентах велосипедов, мотоциклов и автомобилей.

Воронение

Воронение — это способ, который может обеспечить ограниченную устойчивость к коррозии для мелких предметов из стали, таких как огнестрельное оружие и др. Способ состоит в получении на поверхности углеродистой или низколегированной стали или чугуна слоя окислов железа толщиной 1-10 мкм. Для придания блеска, а также для улучшения защитных свойств окисной плёнки, её пропитывают минеральным или растительным маслом.

Снижение влажности

Ржавчины можно избежать, снижая влажность окружающего железо воздуха. Этого можно добиться, например, с помощью силикагеля.

Ингибиторы

Ингибиторы коррозии, как, например, газообразные или летучие ингибиторы, можно использовать для предотвращения коррозии в закрытых системах. Некоторые ингибиторы коррозии чрезвычайно ядовиты. Одним из лучших ингибиторов выступают соли технециевой кислоты.

Области применения железа

В чистом виде железо непрочно, поэтому практически не применяется. Его используют для выработки электромагнитов, как катализатор химических реакций и др.

Основное применение этот металл находит в виде сплавов. На их долю приходится 95% всей металлопродукции. Железо основной компонент стали и чугуна. В стали меньше углерода, чем в чугуне, и поэтому она более пластична и устойчива к резким ударным нагрузкам железа.

Так же железо входит в состав никелевых и других сплавов, использующихся в электротехнике, железо-воздушных аккумуляторах и железо — никелевых аккумуляторах.

На основе железа производятся материалы, которые могут выдерживать действие низкой и повышенной температуры, агрессивной среды, ядерных излучений, вакуума и высоких давлений и т. п.

Железо относится к группе тех металлов, которые очень широко применяются во всех областях народного и бытового хозяйства. Чугун и сталь стали основой современной техники. С их участием произошло развитие тяжелой промышленности, разнообразного наземного транспорта и др.

Способы борьбы с коррозией

Коррозия металлов – это деструктивный, разрушающий кристаллическую решетку, окислительно-восстановительный химический процесс. Вызывается он чаще всего высокой химической активностью самих металлов – многие помнят из школьного курса химии «линейку» активности элементов. Активизироваться может при создании неблагоприятных условий, например, высокой влажности и опущенной температуре, в агрессивной солевой, кислотной или щелочной среде.

Чаще всего приходится сталкиваться с коррозией черных металлов, то есть – различных сортов стали и чугуна, применяемых буквально повсеместно, во всех сферах деятельности человека. Процесс начинает выдавать себя появлением на металлической поверхности пятен или разводов рыжего цвета.

Если с коррозией не бороться, она способна показать свою крайне разрушительную силу – металлические изделия быстро приходят в негодность.

Если не предпринять никаких шагов, то очаг начинает разрастаться, захватывая все новые площади. Причем иногда это происходит незаметно для глаз. Так, многие участки механизмов, приборов и т.п. — попросту скрыты из поля зрения, и увидеть их можно только при полной разборке узла или всего устройства. А иные очаги коррозии могут до поры скрываться под слоем краски, и только кода процесс зайдет очень далеко – поваляться сначала в виде вздутий, а потом – и прорывов ржавчины наружу.

Некоторые владельцы пытаются справиться с выявленными очагами коррозии механическим способом. То ест применяя шлифовку поврежденного ею участка наждачной бумагой или же специальными дисками, добравшись до «здорового» металла.

Однако подобная методика, если и может быть применена, то с исключительной осторожностью, и только в качестве предварительного этапа, перед нанесением специальных составов. Только механическая очистка является весьма малоэффективным средством

Точечные проявления коррозии, проступившие через слой краски

Особенно сложно удалить этим способом мелкие точечные очаги ржавчины, так как они в процессе чистки забиваются мелкодисперсной коррозийной пылью, и их становится практически не видно. Но беда как раз в том, что они никуда не деваются, и обязательно в дальнейшем проявят себя, даже после окрашивания. Поэтому обработка химическимисредствами — более надежна.

Кроме того, если ржавчиной поражен тонкий металл, то во время очистки, под давлением щёток или абразивного материала, он может повредиться вплоть до сквозной дырки.

В связи с этим рекомендуется пользоваться химическими составами, очищающими металл и предотвращающими появление коррозии в дальнейшем. Причем с их помощью можно даже успешно справиться с очагами в труднодоступных зонах, там, где никакими другими способами без разборки механизма к пораженному участку не добраться.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации