Tại sao kim loại bị gỉ?

Những gì là phổ biến giữa một móng tay rỉ sét, một cây cầu rỉ sét, hoặc một hàng rào sắt bị rò rỉ? Tại sao cấu trúc sắt và các sản phẩm sắt nói chung bị gỉ? Rỉ sét mỗi se là gì? Chúng tôi sẽ cố gắng đưa ra câu trả lời cho những câu hỏi này trong bài viết của chúng tôi. Xem xét các nguyên nhân gây rỉ kim loại và phương pháp bảo vệ chống lại hiện tượng tự nhiên có hại này.

Nguyên nhân rỉ sét

Tất cả bắt đầu với khai thác kim loại. Không chỉ sắt, mà, ví dụ, nhômvà magiê được khai thác ban đầu dưới dạng quặng. Nhôm, mangan, sắt, magiê quặng không chứa kim loại nguyên chất, nhưng các hợp chất hóa học của chúng: cacbonat, oxit, sunfua, hydroxit.

Đây là các hợp chất hóa học của kim loại với carbon, oxy, lưu huỳnh, nước, v.v ... Có một, hai và kim loại nguyên chất trong tự nhiên - bạch kim, vàng, bạc - kim loại quý - chúng xảy ra ở dạng kim loại ở trạng thái tự do, và không có xu hướng sự hình thành các hợp chất hóa học.

Tuy nhiên, hầu hết các kim loại không tự do trong điều kiện tự nhiên và để giải phóng chúng khỏi các hợp chất ban đầu, cần phải làm nóng chảy quặng, do đó làm giảm kim loại nguyên chất.

Nhưng quặng có chứa kim loại nóng chảy, mặc dù chúng ta có kim loại ở dạng nguyên chất, nó vẫn ở trạng thái không ổn định, khác xa với tự nhiên. Vì lý do này, một kim loại nguyên chất trong điều kiện môi trường bình thường có xu hướng trở lại trạng thái ban đầu, nghĩa là bị oxy hóa, và đây là sự ăn mòn của kim loại.

Do đó, ăn mòn là một quá trình phá hủy tự nhiên đối với các kim loại xảy ra trong các điều kiện tương tác của chúng với môi trường. Trong đó, rỉ sét là quá trình hình thành sắt hydroxit Fe (OH) 3, tiến hành trong sự hiện diện của nước.

Nhưng thực tế tự nhiên xảy ra trong tay mọi người là phản ứng oxy hóa trong bầu khí quyển mà chúng ta quen thuộc không nhanh lắm, nó đi với tốc độ rất thấp, vì vậy những cây cầu và máy bay không sụp đổ ngay lập tức, và những chiếc bình không vỡ vụn trước mắt chúng ta bằng bột gừng. Ngoài ra, về nguyên tắc, sự ăn mòn có thể bị chậm lại bằng cách sử dụng một số thủ thuật truyền thống.

Ví dụ, thép không gỉ không bị rỉ, mặc dù nó bao gồm sắt, dễ bị oxy hóa, tuy nhiên nó không được bao phủ bởi hydroxide đỏ. Nhưng vấn đề ở đây là thép không gỉ không phải là sắt nguyên chất, thép không gỉ là hợp kim của sắt và một kim loại khác, chủ yếu là crôm.

Ngoài crom, niken, molypden, titan, niobi, lưu huỳnh, phốt pho, v.v. có thể được đưa vào trong thành phần của thép. Thêm các nguyên tố bổ sung vào hợp kim chịu trách nhiệm cho một số tính chất của hợp kim thu được được gọi là hợp kim.

Cách bảo vệ chống ăn mòn

Như chúng tôi đã lưu ý ở trên, thành phần hợp kim chính được thêm vào thép thông thường để mang lại cho nó đặc tính chống ăn mòn là crôm. Chrome oxy hóa nhanh hơn sắt, nghĩa là, nó tự đánh vào chính nó. Do đó, trên bề mặt thép không gỉ, đầu tiên xuất hiện một lớp màng bảo vệ của oxit crom, có màu sẫm và không lỏng như gỉ sắt thông thường.

Ôxít crom không vượt qua các ion hung hăng từ môi trường có hại cho sắt và kim loại được bảo vệ khỏi sự ăn mòn, giống như một bộ đồ bảo vệ kín lâu bền. Đó là, màng oxit trong trường hợp này có chức năng bảo vệ.

Lượng crôm trong thép không gỉ thường không thấp hơn 13%, niken ít hơn một chút trong thép không gỉ và các chất phụ gia hợp kim khác được tìm thấy với số lượng nhỏ hơn nhiều.

Nhờ các màng bảo vệ chịu tác động môi trường đầu tiên mà nhiều kim loại có khả năng chống ăn mòn trong các môi trường khác nhau.Ví dụ, một cái muỗng, đĩa hoặc chảo làm bằng nhôm không bao giờ thực sự tỏa sáng, nếu bạn nhìn kỹ, chúng có màu trắng. Đây chỉ là nhôm oxit, được hình thành bởi sự tiếp xúc của nhôm nguyên chất với không khí, sau đó bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn.

Màng oxit tự xuất hiện và nếu bạn làm sạch chảo nhôm bằng giấy nhám, sau vài giây bóng, bề mặt sẽ chuyển sang màu trắng một lần nữa - nhôm trên bề mặt được làm sạch sẽ lại bị oxy hóa dưới tác động của oxy trong khí quyển.

Vì một màng nhôm oxit được tự hình thành nên nó, không có bất kỳ thủ thuật công nghệ đặc biệt nào, nó được gọi là màng thụ động. Các kim loại như vậy, trên đó màng oxit được hình thành tự nhiên, được gọi là thụ động. Đặc biệt, nhôm là kim loại thụ động.

Một số kim loại bị buộc phải ở trạng thái thụ động, ví dụ, oxit sắt cao hơn - Fe2O3 có thể bảo vệ sắt và hợp kim của nó trong không khí ở nhiệt độ cao và ngay cả trong nước, mà cả hydroxit đỏ và oxit thấp hơn của cùng loại sắt đều không thể tự hào.

Có sự thụ động và sắc thái trong hiện tượng. Ví dụ, trong axit sunfuric mạnh, thép bị động ngay lập tức có khả năng chống ăn mòn và trong dung dịch axit sunfuric yếu, ăn mòn sẽ bắt đầu ngay lập tức.

Tại sao điều này xảy ra? Câu trả lời cho nghịch lý rõ ràng là trong axit mạnh, một màng thụ động hình thành ngay lập tức trên bề mặt thép không gỉ, vì một axit có nồng độ cao hơn có đặc tính oxy hóa rõ rệt.

Đồng thời, một axit yếu không oxy hóa thép đủ nhanh và màng bảo vệ không hình thành, nó chỉ bắt đầu ăn mòn. Trong những trường hợp như vậy, khi môi trường oxy hóa không đủ mạnh, để đạt được hiệu quả của việc sử dụng thụ động đối với các chất phụ gia hóa học đặc biệt (chất ức chế, chất ức chế ăn mòn) giúp hình thành màng thụ động trên bề mặt kim loại.

Do không phải tất cả các kim loại đều dễ bị hình thành màng thụ động trên bề mặt của chúng, ngay cả khi có lực, việc bổ sung chất điều tiết vào môi trường oxy hóa chỉ dẫn đến sự lưu giữ phòng ngừa của kim loại trong điều kiện khử, khi quá trình oxy hóa bị ức chế năng lượng, đó là khi chất phụ gia có mặt trong môi trường xâm thực. .

Có một cách khác để giữ kim loại trong môi trường phục hồi, nếu không thể sử dụng chất ức chế, hãy sử dụng lớp phủ hoạt động mạnh hơn: xô mạ kẽm không bị rỉ, vì kẽm của lớp phủ ăn mòn sắt tiếp xúc với môi trường, nghĩa là nó tự va vào, là kim loại hoạt động mạnh hơn , kẽm có nhiều khả năng đi vào một phản ứng hóa học.

Đáy tàu thường được bảo vệ theo cách tương tự: một mảnh của rãnh được gắn vào nó, và sau đó rãnh được phá hủy, và đáy vẫn không bị tổn hại.

Bảo vệ chống ăn mòn điện hóa của các tiện ích ngầm cũng là một cách rất phổ biến để chống lại sự hình thành rỉ sét trên chúng. Các điều kiện khử được tạo ra bằng cách áp dụng điện thế catốt âm cho kim loại, và trong chế độ này, quá trình oxy hóa kim loại sẽ không còn có thể tiến hành đơn giản bằng năng lượng.

Người ta có thể hỏi tại sao các bề mặt có nguy cơ bị ăn mòn chỉ đơn giản là không sơn, tại sao không chỉ đơn giản là phủ một phần dễ bị ăn mòn mỗi lần bằng men? Những cách khác nhau để làm gì?

Câu trả lời rất đơn giản. Men răng có thể bị hỏng, ví dụ, sơn xe có thể bị vỡ ở một nơi không dễ thấy và cơ thể sẽ bắt đầu rỉ sét liên tục, vì các hợp chất lưu huỳnh, muối, nước, oxy sẽ đến nơi này và do đó, cơ thể sẽ sụp đổ.

Để ngăn chặn sự phát triển của các sự kiện như vậy, hãy sử dụng phương pháp điều trị chống ăn mòn bổ sung cho cơ thể. Một chiếc xe không phải là một tấm men có thể bị vứt đi nếu men bị hỏng và mua một cái mới ..

Tình trạng hiện tại

Mặc dù hiểu biết rõ ràng và xây dựng hiện tượng ăn mòn, mặc dù các phương pháp bảo vệ linh hoạt được sử dụng, ăn mòn vẫn gây ra một mối nguy hiểm nhất định. Đường ống bị phá hủy và điều này dẫn đến sự phát thải của dầu khí, máy bay rơi, tàu gặp sự cố. Thiên nhiên phức tạp hơn vẻ bề ngoài của nó, và loài người vẫn chưa khám phá thêm nhiều khía cạnh của sự ăn mòn.

Vì vậy, ngay cả các hợp kim chống ăn mòn chỉ tỏ ra ổn định trong một số điều kiện có thể dự đoán được, cho hoạt động mà chúng được dự định ban đầu. Ví dụ, thép không gỉ không dung nạp được clorua và bị ảnh hưởng bởi chúng - xảy ra ăn mòn peptic, rỗ và xen kẽ.

Bên ngoài, không có một chút rỉ sét, cấu trúc có thể đột ngột sụp đổ nếu những tổn thương nhỏ, nhưng rất sâu hình thành bên trong. Microcracks xuyên qua độ dày của kim loại là vô hình từ bên ngoài.

Ngay cả một hợp kim không dễ bị ăn mòn có thể đột nhiên bị nứt, bị căng thẳng cơ học kéo dài - chỉ cần một vết nứt lớn sẽ đột nhiên phá hủy cấu trúc. Điều này đã xảy ra trên khắp thế giới với các cấu trúc, cơ chế xây dựng bằng kim loại và thậm chí với cả máy bay và trực thăng.