Что такое ржавчина и как с ней бороться: оксиды железа

Обсудить Редактировать статью
 

Как показывает практика, ржавчина (коррозия) поражает почти 12% производимого в мире железа. В связи с тем, что окружающая среда становится все более агрессивной, в том числе из-за ее загрязнения, металлы эксплуатируются все в более сложных условиях. Оксиды серы или азота, выделяемые из атмосферы, образуют микрокапли азотной или серной кислоты, что приводит к существенному возрастанию скорости появления ржавчины.

Химические основы процесса коррозии железа

Железо является химически активным металлом. Оно в присутствии кислорода и воды подвергается окислению, при этом образуя разнообразные соединения: оксиды, гидроксиды, гидраты оксидов. Химки констатируют, что определенной формулы ржавчины нет. Что такое ржавчина? Это коррозия, которая образуется вследствие окисления железа. Она обладает переменным составом, который зависит от окружающей среды.

Ржавый корабль

Ржавчина поражает железо по его всей поверхности. Однако самыми уязвимыми являются внутренние и внешние узлы изделий, сварочные швы, резьбовые соединения. Структуры ржавого железа отличаются значительной степенью рыхлости. У ржавчины отсутствует какое-либо сцепление с металлом. Вследствие того, что поверхность высокопористой коррозии свободно удерживает в себе атмосферную влагу, создаются оптимальные условия для дальнейшего разрушения железа.

Обычно цвет ржавчины - красно-бурый, коричневый, который не позволяет оценить состояние железа под слоем коррозии. Под ржавчиной металл может быть окончательно разрушен. Если не принимать меры для предотвращения ее распространения, то результаты воздействия коррозии на железо могут оказаться катастрофическими, привести к полному разрушению конструкций. Это особенно опасно, если ржавчина разъела опоры ЛЭП или дно морского судна. Что такое ржавчина для автомобиля, и какой вред она несет, известно каждому автомобилисту.

Ржавое крыло автомобиля

Причины появления ржавчины

Ржавчина начинает появляться тогда, когда металл контактирует с кислородом, водой, окислителями либо кислотами. Одним из условий того, что металл подвергается ржавчине, является наличие в нем примесей либо добавок. Если имеет место контакт железа с внешними раздражителями в присутствии соли (соленая вода), то коррозия разрушает его значительно быстрее в виду начала электрохимических реакций.

Если железо является чистым, без примесей, то оно к воздействиям кислорода и воды значительно устойчивее. Так же, как и у них металлов, таких как алюминий, на его поверхности образуется плотное оксидное покрытие (слой пассивации), который обеспечивает защиту основной массы железа от более глубокого окисления. Однако и этот слой может быть разрушен, если начинается взаимодействие железа с кислородом и водой совместно.

Мост разъеденный ржавчиной

Иными факторами, которые активно разрушают железо, являются углекислый газ в воде и серный диоксид. При их воздействии очень активно образуются разнообразные типы гидроксида железа. Они, в отличие от оксидов железа, не могут защитить металл. Гидроксид, формируясь, начинает отслаиваться от поверхности железа, после чего негативному воздействию подвергается нижний слой, который также отслаивается. И этот процесс длится до того времени, пока весь металл не будет уничтожен, либо в окружающей среде не останется кислорода, диоксида углерода, серы и воды.

Если железо, подвергаясь сгоранию на воздухе, контактирует с кислородом, то имеет место образование оксида железа ii.

При сгорании в чистом кислороде — оксид IV.

Оксид железа iii образуется тогда, когда через металл, находящийся в расплавленном состоянии, проходит воздух или кислород.

Состав ржавчины

Ржавчина, которая образуется в обычных условиях, является как правило смесью 3 оксидов железа. Они образуются не в один момент и имеют разные физико-механические свойства. Железные оксиды с самого нижнего слоя по направлению к поверхности представляют собой сочетание следующих составляющих:

  1. Вюстит (оксид железа) - мягкая структура, зависящая от условий, в которых находится металл. Если температура хранение высокая, то этот слой наибольший.
  2. магнетит (магнитный железняк) – окись-закись железа, обладающая более высокой пористостью, чем вюстидный слой, и меньшей твердостью. Это структура имеет выраженные магнитные свойства.
  3. Гематит (красный железняк) – обычно это структура красно-серого цвета, твердое абразивное вещество. Гематит обладает более высокой плотностью, разъедает металл и увеличивает коэффициент трения при соприкосновении с поверхностями.
Ржавчина метала крупным планом

Перед тем, как заняться работами по ликвидации ржавчины, необходимо узнать состав металла, особенно на его поверхности, а также установить условия, которые способствовали ее появлению. Располагая такой информацией, достаточно просто найти оптимальный вариант для удаления оксида железа и выбрать наиболее эффективные средства для борьбы с ржавчиной.

Классификация способов борьбы с коррозией

С учетом основных составляющих коррозии, способы, как вывести ржавчину, делятся на следующие:

  • Механический - ликвидация оксидного слоя осуществляется посредством жестких металлических щеток, наждачной бумаги и т. п.
  • Тепловой - осуществляется посредством воздействия на коррозию высоких температур, обычно в сочетании с водяным и (или) воздушным потоками.
  • химический - удаление оксидов железа осуществляется вследствие воздействия на них специальными средствами, растворяющими ржавчину, при нанесении их на поверхность металла.

Необходимо учитывать, что эффективность вышеуказанных методов различна. Так, если процесс образования коррозии установлен своевременно, и это небольшое пятно, то поверхность железа можно эффективно обработать стальной щеткой, наждачный крупнозернистой бумагой, угловой шлифовальной машиной с соответствующей насадкой.

Однако если установлено, что ржавчина захватила большие поверхности, то тогда оптимальными методами будут химические.

Если площади ржавого металла очень большие, их невозможно транспортировать, то тогда оптимальным считается тепловая обработка, но она связана с высокой трудоемкостью.

Обычно обработка металла для удаления ржавчины осуществляется комбинированными способами, при которых различные методы применяют в определенной последовательности.

Механические способы

Выбор определенного способа механической обработки зависит от вида поверхности железа. Так для мотков стальной проволоки применяют ее перематывание с одного носителя на другой. В этом случае при перегибах ржавчина отделяется от поверхности металла.

Очистка кузова от ржавчины

При удалении коррозии механическим способом обычно используют жесткие щетки из стальной щетины или наждачную бумагу (крупнозернистую).

К недостаткам механических способов избавления от ржавчины относится тот факт, что на поверхности железа остаются следы, образованные очистительным инструментом. Поэтому рекомендуется поверхность очищенного железа подвергать полировке для придания ей прежнего внешнего вида.

Тепловая очистка

Для удаления ржавчины тепловыми методами необходимы специальные установки (промышленные парогенераторы либо строительные фены). Способ очистки от оксидов железа основан на том, что контакт ржавчины с основным металлом не прочен. Воздействие повышенной температуры и горячей влаги при большом скоростном воздушном потоке такое, что ржавчина удаляется практически полностью.

Наиболее эффективен этот метод тогда, когда на обрабатываемую поверхность подается и горячий пар. Паровоздушная смесь в струе, которая подается на металлическую поверхность под давлением, приводит к размягчению ржавчины, дроблению на отдельные фрагменты, которые удаляются с поверхности железа воздушным потоком.

Эти методы особенно эффективны, когда необходимо удалить ржавчину со стальных дверей, вентиляционных конструкций, металлических структур, демонтировать которые невозможно либо затруднительно.

Химическая очистка

В настоящее время методы химической очистки металлических поверхностей от ржавчины очень разнообразны. Однако у всех в основе лежит один процесс - удаление коррозии посредством химического воздействия на нее растворами кислот.

К наиболее эффективным способам избавления от окислов железа относят воздействие на ржавчину соляной кислотой, особенно когда ее концентрация в растворе составляет не менее 15%. Если концентрация меньше, то растворение ржавчины существенно замедляется.

Кислотные составы, сделанные на основе серной кислоты, применять не следует, так как в результате воздействия на поверхности железа образуется слой гидридов, которые повышают хрупкость металла.

Защита деталей от коррозии покраской

Если необходимо осуществить химическую очистку металла в домашних условиях, то возможно применение неагрессивных веществ, таких как лимон, уксус и т.п. Принцип воздействия на коррозию такой же. Эти вещества достаточно хорошо растворяют ржавчину, которая потом легко удаляется ветошью. Что такое ржавчина и как ее удалить, вероятно, знает большинство домохозяек.

Применение иного оборудования для удаления коррозии металла

Механические методы борьбы со ржавчиной возможно использовать далеко не всегда, особенно если металлические изделия имеют сложные формы.

Химические методы имеют также определенные недостатки. Если не соблюдать технику безопасности, то можно получить химический ожог либо отравление. Есть сложности с утилизацией отработанных растворов.

Очистка днища корабля от ржавчины

Вследствие этого наиболее оптимальным является применение способа так называемого мягкого бластинга. Его принцип состоит в том, что на поверхность металла, поврежденного ржавчиной, направляется струя сжатого воздуха, которая содержит в себе абразивные составляющие.

Изменяя давление в струе, можно регулировать глубину слоя, который снимается. Это приводит к тому, что удаляется только ржавчина, тогда как сам металл остается сохранным. Гранулы, которые действуют на коррозию, состоят из мелкодисперсной соды и мела, можно применять и очень мелкий песок.

Статья закончилась. Вопросы остались?
Добавить смайл
  • :smile:
  • :wink:
  • :frowning:
  • :stuck_out_tongue_winking_eye:
  • :smirk:
  • :open_mouth:
  • :grinning:
  • :pensive:
  • :relaxed:
  • :heart:
Подписаться
Присылать на почту
Правила публикации
Следят за новыми комментариями — 7
Редактирование комментария возможно в течении пяти минут после его создания, либо до момента появления ответа на данный комментарий.