מדוע מתכות מחלידות?

מה נפוץ בין מסמר חלוד, גשר חלוד או גדר ברזל דולפת? מדוע מבני ברזל ומוצרי ברזל מחלידים באופן כללי? מהי חלודה כשלעצמה? אנו ננסה לתת תשובות לשאלות אלו במאמר שלנו. הבה נבחן את הגורמים להחלדת מתכת ושיטות הגנה מפני תופעה טבעית זו המזיקה לנו.

חלודה גורמת

הכל מתחיל בכריית מתכות. לא רק ברזל, אלא למשל אלומיניוםומגנזיום ממוקש בתחילה בצורה של עפרות. אלומיניום, מנגן, ברזל, עפרות מגנזיום אינם מכילים מתכות טהורות, אלא התרכובות הכימיות שלהם: קרבונטים, תחמוצות, סולפידים, הידרוקסידים.

מדובר בתרכובות כימיות של מתכות עם פחמן, חמצן, גופרית, מים וכו '. יש מתכות אחת, שתיים וטהורות - פלטינה, זהב, כסף - מתכות יקרות - הן מופיעות בצורה של מתכות במצב חופשי, ואינן נוטות היווצרות של תרכובות כימיות.

עם זאת, רוב המתכות אינן חופשיות בתנאים טבעיים, וכדי לשחרר אותן מתרכובות המוצא, יש צורך להמיס את העפרות, ובכך להפחית מתכות טהורות.

אבל התכת עפרות המכילה מתכת, למרות שאנחנו מקבלים את המתכת בצורתה הטהורה, היא עדיין מצב לא יציב, רחוק מלהיות טבעי. מסיבה זו, מתכת טהורה בתנאים סביבתיים רגילים נוטה לחזור למצב המקורי שלה, כלומר להתחמצן, וזה קורוזיה של המתכת.

לפיכך, קורוזיה היא תהליך הרס טבעי למתכות המתרחש בתנאים של אינטראקציה שלהם עם הסביבה. בפרט, חלודה היא תהליך היווצרות הידרוקסיד ברזל Fe (OH) 3, שמתרחש בנוכחות מים.

אבל העובדה הטבעית משחקת בידי אנשים שתגובת החמצון באטמוספרה שאנו רגילים אליה אינה מהירה במיוחד, היא עוברת במהירות נמוכה מאוד, כך שגשרים ומטוסים לא קורסים מייד, וסירים לא מתפוררים מול עינינו באבקת ג'ינג'ר. בנוסף, באופן עקרוני ניתן להאט את קורוזיה על ידי שימוש בכמה טריקים מסורתיים.

לדוגמא, נירוסטה אינה מחלידה, למרות שהיא מורכבת מברזל המועיל לחמצון, היא בכל זאת אינה מכוסה על ידי הידרוקסיד אדום. והעניין כאן הוא שפלדת אל חלד אינה ברזל טהור, נירוסטה היא סגסוגת ברזל ומתכת נוספת, בעיקר כרום.

בנוסף לכרום, ניקל, מוליבדן, טיטניום, ניוביום, גופרית, זרחן וכו 'ניתן לכלול בהרכב הפלדה. הוספת אלמנטים נוספים לסגסוגות האחראיות לתכונות מסוימות של הסגסוגות המתקבלות נקראת סגסוגת.

דרכים להגנה מפני קורוזיה

כפי שציינו לעיל, אלמנט הסגסוגות העיקרי שנוסף לפלדה רגילה בכדי להקנות לו תכונות נגד קורוזיה הוא כרום. כרום מתחמצן מהר יותר מברזל, כלומר הוא לוקח מכה על עצמו. על פני השטח של נירוסטה, אם כן, מופיע לראשונה סרט מגן של תחמוצת כרום, בעל צבע כהה, ולא רופף כמו חלודה ברזל רגילה.

תחמוצת כרום אינה מעבירה יונים אגרסיביים מהסביבה המזיקים לברזל, והמתכת מוגנת מפני קורוזיה, כמו חליפת מגן הרמטית עמידה. כלומר, לסרט תחמוצת במקרה זה יש תפקיד מגן.

כמות הכרום בפלדת אל חלד בדרך כלל אינה נמוכה מ- 13%, הניקל מעט פחות בפלדת אל חלד, ותוספים מסגסוגת אחרים נמצאים בכמויות קטנות בהרבה.

בזכות סרטי המגן הנוטלים את ההשפעה הסביבתית הראשונה שמתכות רבות עמידות בפני קורוזיה בסביבות שונות.לדוגמא, כף, צלחת או מחבת עשויות אלומיניום לעולם לא ממש זורחות: אם אתה מסתכל מקרוב, יש להם גוון לבנבן. זו רק תחמוצת אלומיניום, שנוצרת על ידי מגע של אלומיניום טהור עם אוויר ואז מגנה על המתכת מפני קורוזיה.

סרט התחמוצת מופיע מעצמו, ואם תנקו את תבנית האלומיניום בנייר זכוכית, לאחר מספר שניות של הברקה המשטח יהפוך שוב לבנבן - אלומיניום על המשטח הנקי שוב יחמצן תחת השפעת חמצן אטמוספרי.

מכיוון שסרט אלומיניום נוצר עליו עצמו, ללא טריקים טכנולוגיים מיוחדים, הוא מכונה סרט פסיבי. מתכות כאלה, שעליהן נוצר סרט תחמוצת באופן טבעי, נקראות פסיביות. בפרט, אלומיניום הוא מתכת פסיבית.

יש מתכות שנאלצות למצב פסיבי, למשל, תחמוצת ברזל גבוהה יותר - Fe2O3 מסוגל להגן על הברזל וסגסוגותיו באוויר בטמפרטורות גבוהות ואפילו במים, שאף הידרוקסיד אדום ולא תחמוצות נמוכות מאותו ברזל יכולים להתפאר בהם.

בתופעה יש פסיבציה וניואנסים. לדוגמה, בחומצה גופרתית חזקה, פלדה שעברו פסיבי מיידית עמידה בפני קורוזיה, ובפתרון חלש של חומצה גופרתית, קורוזיה תחל מייד.

מדוע זה קורה? התשובה לפרדוקס הנראה לעין היא שבחומצה חזקה נוצר סרט פסיבטי באופן מיידי על פני נירוסטה, מאחר וחומצה בריכוז גבוה יותר מגלה סגולות חמצון.

יחד עם זאת, חומצה חלשה אינה מחמצנת את הפלדה במהירות מספקת, וסרט המגן לא נוצר, זה פשוט מתחיל קורוזיה. במקרים כאלה, כאשר המדיום המחמצן אינו מספיק אגרסיבי, כדי להשיג את האפקט של הפסיבציה נשתמש בתוספים כימיים מיוחדים (מעכבים, מעכבי קורוזיה) המסייעים להיווצרות סרט פסיבי על משטח המתכת.

מכיוון שלא כל המתכות מועדות להיווצרותם של סרטים פאסיביים על פני השטח שלהם, אפילו בכוח, הוספת מתווכים למדיום המחמצן פשוט מובילה לשמירה מונעת של המתכת בתנאי הפחתה, כאשר החמצון מונע אנרגטית, כלומר כאשר התוסף קיים בסביבה אגרסיבית, זה חיסרון אנרגטי .

יש דרך נוספת לשמור על המתכת בסביבת ההתאוששות, אם לא ניתן להשתמש במעכב, השתמשו בציפוי פעיל יותר: הדלי המגולוון אינו מחליד, מכיוון שאבץ הציפוי משחית את הברזל במגע עם הסביבה, כלומר הוא נוגע במכות עצמו, בהיותו מתכת יותר פעילה. , אבץ צפוי להיכנס לתגובה כימית.

קרקעית הספינה מוגנת לרוב בצורה דומה: חתיכה של המדרכה מחוברת אליה ואז ההרוס נהרס, והתחתית נותרה ללא פגע.

הגנה מפני קורוזיה אלקטרוכימית של כלי עזר תת-קרקעיים היא גם דרך נפוצה מאוד להילחם ביצירת חלודה עליהם. תנאי ההפחתה נוצרים על ידי החלת פוטנציאל קתודה שלילי על המתכת, ובמצב זה, תהליך חמצון המתכת כבר לא יוכל להתקדם בצורה אנרגטית.

אפשר לשאול מדוע משטחים הנמצאים בסיכון לקורוזיה פשוט לא צובעים, מדוע לא פשוט לעטות חלק הפגיע לקורוזיה בכל פעם באמייל? מהן הדרכים השונות?

התשובה היא פשוטה. האמייל עלול להיפגע, למשל, צבע מכונית עלול להתנתק במקום בולט, והגוף יתחיל להחליד בהדרגה אך ברציפות, מכיוון שתרכובות גופרית, מלחים, מים, חמצן, יגיעו למקום זה, וכתוצאה מכך הגוף יתמוטט.

כדי למנוע התפתחות כזו של אירועים יש לפנות לטיפול נוסף נגד קורוזיה בגוף. מכונית אינה לוחית אמייל הניתנת לזרוק אם נפגע באמייל וקנתה חדשה ..

מצב עניינים עכשווי

למרות הידע הנראה לעין והתפתחותה של תופעת הקורוזיה, למרות שיטות ההגנה המגוונות בהן נעשה שימוש, קורוזיה עדיין מהווה סכנה מסוימת. צינורות נהרסים וזה מוביל לפליטות נפט וגז, מטוסים נופלים, הרכבת מתרסקת. הטבע מורכב יותר מכפי שנראה במבט ראשון, והאנושות טרם בחנה היבטים רבים יותר של קורוזיה.

כך, אפילו סגסוגות עמידות בפני קורוזיה מתבררות כיציבות רק בתנאים צפויים מסוימים, לפעולה בה נועדו במקור. לדוגמה, פלדות אל חלד אינן סובלות כלורידים, והן מושפעות מהן - קורוזיה פפטית, בורות ושבר בין-גבישים.

כלפי חוץ, ללא שמץ של חלודה, המבנה יכול להתמוטט פתאום אם נוצרים בתוכו נגעים קטנים אך עמוקים מאוד. סורקי מיקרו החודרים לעובי המתכת נראים מבחוץ.

אפילו סגסוגת שאינה חשופה לקורוזיה יכולה לפתע לפתע, ונמצאת תחת לחץ מכני ממושך - רק סדק ענק יהרוס פתאום את המבנה. זה כבר קרה ברחבי העולם עם מבני בניית מתכות, מנגנונים ואפילו עם מטוסים ומסוקים.