Ржавчина - Википедия - Rust

Эта статья нужны дополнительные цитаты для проверка. Пожалуйста помоги улучшить эту статью к добавление цитат в надежные источники. Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Найдите источники: "Ржавчина"  – Новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR (Июнь 2012 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Стали
Феррит Аустенит Цементит Графитовый Мартенсит
Микроструктуры
Сфероидит Перлит Бейнит Ледебурит Закаленный мартенсит Видманштеттен структуры
Классы
Тигельная сталь Углеродистая сталь Стальная пружина Легированная сталь Мартенситностареющая сталь Нержавеющая сталь Погодостойкая сталь Инструментальная сталь
Другие материалы на основе железа
Чугун Серый чугун Белое железо Ковкий чугун Ковкое железо Кованое железо

Ржавчина представляет собой оксид железа, обычно красновато-коричневый оксид, образующийся в результате реакции утюг и кислород в присутствии воды или же влажность воздуха. Ржавчина состоит из гидратированных оксиды железа (III) Fe₂О₃· НГн₂O и оксид-гидроксид железа (III) (FeO (ОН), Fe (ОН)₃). Обычно это связано с коррозия рафинированного железа.

При наличии достаточного времени любая масса железа в присутствии воды и кислорода может в конечном итоге полностью превратиться в ржавчину. Поверхностная ржавчина обычно шелушится и рыхлый, и он не обеспечивает защиты нижележащего железа, в отличие от образования патина на медных поверхностях. Ржавчина - это общий термин для коррозия железа и его сплавов, таких как стали. Много других металлы подвергаются аналогичной коррозии, но образующиеся оксиды обычно не называют ржавчиной.^[1]

Некоторые формы ржавчины различимы как визуально, так и по спектроскопия, и формируются при разных обстоятельствах.^[2] Другие формы ржавчины включают результат реакций между железом и хлористый в среде, лишенной кислорода. Арматура используется в подводных конкретный столбы, который генерирует зеленая ржавчина, это пример. Хотя ржавчина обычно является отрицательным аспектом железа, особая форма ржавчины, известная как устойчивая ржавчина, вызывает появление тонкого слоя ржавчины на поверхности объекта и, если его хранить при низкой относительной влажности, делает «стабильный» слой защитным для железа под ним, но не до степени других оксидов, таких как алюминий.^[3]

Химические реакции

Сильная ржавчина на звеньях цепи возле Мост "Золотые ворота в Сан-Франциско; он постоянно подвергался воздействию влаги и Распылитель соли, вызывая разрушение поверхности, растрескивание и отслаивание металла

Открытый Клин ржавчины дисплей на Exploratorium показывает огромную силу ржавого железа

Образование накипи ржавчины и отслаивание стального стержня, нагретого до ковка температура 1200 ° С. Быстрое окисление происходит, когда нагретая сталь подвергается воздействию воздуха.

Ржавчина - это общее название комплекса оксидов и гидроксидов железа,^[4] которые возникают, когда железо или некоторые сплавы, содержащие железо, подвергаются воздействию кислорода и влаги в течение длительного периода времени. Со временем кислород соединяется с металлом, образуя новые соединения, которые вместе называются ржавчиной. Хотя ржавчину обычно называют «окислением», этот термин является гораздо более общим и описывает огромное количество процессов, связанных с потерей электроны или повышенной степени окисления, как часть реакция. Наиболее известные из этих реакций включают: кислород отсюда и название «окисление». Термины «ржавчина» и «ржавчина» означают только окисление железа и его продуктов. Много других реакции окисления существуют, которые не содержат железа и не образуют ржавчины. Но ржаветь может только железо или сплавы, содержащие железо. Однако другие металлы могут подвергаться коррозии аналогичным образом.

Главный катализатор процесса ржавления - вода. Железные или стальные конструкции могут казаться твердыми, но молекулы воды могут проникать сквозь микроскопические ямы и трещины в любом открытом металле. Атомы водорода, присутствующие в молекулах воды, могут объединяться с другими элементами, образуя кислоты, что в конечном итоге приведет к открытию большего количества металла. Если присутствуют ионы хлорида, как в случае с соленой водой, коррозия, вероятно, произойдет быстрее. Между тем атомы кислорода соединяются с атомами металла, образуя деструктивное оксидное соединение. Когда атомы соединяются, они ослабляют металл, делая структуру хрупкой и рассыпчатой.

Окисление железа

При контакте железа с водой и кислородом оно ржавеет.^[5] Если соль присутствует, например, в морская вода или же Распылитель соли, железо быстро ржавеет из-за электрохимический реакции. Металлическое железо относительно не подвержено влиянию чистой воды или сухого кислорода. Как и в случае с другими металлами, такими как алюминий, плотно прилегающее оксидное покрытие, слой пассивации, защищает железо от дальнейшего окисления. Преобразование пассивирующего закись железа слой ржавчины является результатом комбинированного действия двух агентов, обычно кислорода и воды.

Другие унизительные решения: диоксид серы в воде и углекислый газ в воде. В этих агрессивных условиях гидроксид железа виды образуются. В отличие от оксидов железа, гидроксиды не прилипают к основному металлу. Когда они образуются и отслаиваются от поверхности, свежее железо обнажается, и процесс коррозии продолжается до тех пор, пока не будет израсходовано все железо, либо весь кислород, вода, диоксид углерода или диоксид серы в системе не будут удалены или израсходованы.^[6]

Когда железо ржавеет, оксиды занимают больше объема, чем исходный металл; это расширение может создавать огромные силы, повреждая конструкции из железа. Видеть экономический эффект Больше подробностей.

Связанные реакции

Ржавление железа - это электрохимический процесс, который начинается с переноса электроны от железа до кислорода.^[7] Железо является восстановителем (отдает электроны), а кислород - окислителем (приобретает электроны). Скорость коррозии зависит от воды и ускоряется электролиты, о чем свидетельствуют эффекты дорожная соль по коррозии автомобилей. Ключевой реакцией является восстановление кислорода:

О₂ + 4  е⁻ + 2 ЧАС
2О → 4  ОЙ⁻

Потому что он образует гидроксид ионы, на этот процесс сильно влияет присутствие кислоты. Точно так же коррозия большинства металлов кислородом ускоряется при низких pH. Предоставлением электронов для вышеуказанной реакции является окисление железа, которое можно описать следующим образом:

Fe → Fe²⁺ + 2  е⁻

Следующее окислительно-восстановительная реакция также возникает в присутствии воды и имеет решающее значение для образования ржавчины:

4 Fe²⁺ + O₂ → 4 Fe³⁺ + 2 O²⁻

Кроме того, следующий многошаговый кислотно-основные реакции влияют на ход образования ржавчины:

Fe²⁺ + 2 часа₂О ⇌ Fe (ОН)₂ + 2  ЧАС⁺

Fe³⁺ + 3 часа₂О ⇌ Fe (ОН)₃ + 3  ЧАС⁺

как и следующие обезвоживание равновесия:

Fe (ОН)₂ ⇌ FeO + ЧАС
2О

Fe (ОН)₃ ⇌ FeO (OH) + ЧАС
2О

2 FeO (OH) ⇌ Fe₂О₃ + ЧАС
2О

Из приведенных выше уравнений также видно, что продукты коррозии зависят от наличия воды и кислорода. При ограниченном количестве растворенного кислорода предпочтительны материалы, содержащие железо (II), в том числе FeO и черный магнит или же магнетит (Fe₃О₄). Высокая концентрация кислорода способствует железо материалы с номинальной формулой Fe (OH)_3−ИксО_{​^Икс⁄2}. Природа ржавчины меняется со временем, отражая медленную скорость реакции твердых тел.^[5]

Кроме того, на эти сложные процессы влияет присутствие других ионов, таких как Ca²⁺, которые служат электролитами, ускоряющими образование ржавчины, или соединяются с гидроксиды и оксиды железа для осаждения различных разновидностей Ca, Fe, O, OH.

Начало ржавления также можно обнаружить в лаборатории с помощью индикаторный раствор ферроксила. Решение обнаруживает как Fe²⁺ ионы и гидроксильные ионы. Образование Fe²⁺ ионы и ионы гидроксила обозначены синими и розовыми пятнами соответственно.

Профилактика

Кор-Тен это специальный сплав железа, который ржавеет, но при этом сохраняет свою структурную целостность

Из-за широкого распространения и важности изделий из чугуна и стали предотвращение или замедление образования ржавчины является основой основных видов экономической деятельности в ряде специализированных технологий. Здесь представлен краткий обзор методов; для более подробной информации см. статьи, на которые имеются перекрестные ссылки.

Ржавчина проницаемый к воздуху и воде, поэтому внутреннее металлическое железо под слоем ржавчины продолжает разъедать. Таким образом, для предотвращения ржавчины необходимы покрытия, предотвращающие образование ржавчины.

Нержавеющие сплавы

Нержавеющая сталь образует пассивация слой оксид хрома (III).^[8][9] Подобное поведение пассивации происходит с магний, титан, цинк, оксиды цинка, алюминий, полианилин и другие электропроводящие полимеры.^{[нужна цитата ]}

Специальный "атмосферостойкая сталь «сплавы, такие как Cor-Ten, ржавеют гораздо медленнее, чем обычно, потому что ржавчина прилипает к поверхности металла в защитном слое. Конструкции, в которых используется этот материал, должны включать меры, позволяющие избежать воздействия наихудшего случая, поскольку материал все еще продолжает оставаться медленно ржавеет даже в почти идеальных условиях.^{[нужна цитата ]}

Цинкование

Внутренняя ржавчина в старых водопроводных трубах из оцинкованного железа может привести к коричневой и черной воде.

Гальванизация заключается в нанесении на защищаемый объект слоя металлического покрытия. цинк либо горячее цинкование или же гальваника. Цинк традиционно используется, потому что он дешев, хорошо сцепляется со сталью и обеспечивает катодная защита к стальной поверхности в случае повреждения цинкового слоя. В более агрессивных средах (например, в соленой воде), кадмий покрытие является предпочтительным. Гальванизация часто дает сбой на швах, отверстиях и стыках, где есть зазоры покрытия. В этих случаях покрытие по-прежнему обеспечивает некоторую частичную катодную защиту железа, действуя как гальванический анод и корродирует сам себя, а не лежащий под ним защищенный металл. При этом расходуется защитный цинковый слой, поэтому гальванизация обеспечивает защиту только на ограниченный период времени.

Более современные покрытия добавляют в покрытие алюминий как цинк-алюм; алюминий будет мигрировать, чтобы покрыть царапины и, таким образом, обеспечить защиту в течение более длительного периода. Эти подходы основаны на том, что оксиды алюминия и цинка восстанавливают однажды поцарапанную поверхность, а не окисляются как жертвенный анод как в традиционных гальванических покрытиях. В некоторых случаях, например, в очень агрессивных средах или длительном расчетном сроке службы, цинк и покрытие применяются для обеспечения повышенной защиты от коррозии.

Типичное цинкование стальных изделий, которые должны ежедневно подвергаться нормальным атмосферным воздействиям в условиях внешней среды, состоит из горячеоцинкованного 85мкм цинковое покрытие. При нормальных погодных условиях он будет ухудшаться со скоростью 1 мкм в год, что дает примерно 85 лет защиты.^{[нужна цитата ]}

Катодная защита

Катодная защита - это метод, используемый для предотвращения коррозии заглубленных или погруженных конструкций путем подачи электрического заряда, подавляющего электрохимическую реакцию. При правильном применении коррозию можно полностью остановить. В простейшей форме это достигается присоединением расходуемого анода, в результате чего железо или сталь становятся катодом в сформированной ячейке. Жертвенный анод должен быть изготовлен из чего-то более отрицательного. электродный потенциал чем железо или сталь, обычно цинк, алюминий или магний. Жертвенный анод в конечном итоге разъедет, прекратив свое защитное действие, если его не заменить своевременно.

Катодная защита также может быть обеспечена с помощью специального электрического устройства для надлежащего наведения электрического заряда.^[10]

Покрытия и покраска

Отслаивающаяся краска, обнажающая пятно ржавчины на листовом металле

Образование ржавчины можно контролировать с помощью покрытий, таких как краска, лак, лак, или восковые ленты^[11] которые изолируют утюг от окружающей среды. В большие конструкции с закрытыми коробчатыми секциями, такие как корабли и современные автомобили, часто вводят продукт на основе воска (технически «густое масло») в эти секции. Такие обработки обычно также содержат ингибиторы ржавчины. Покрытие стали бетоном может обеспечить некоторую защиту стали из-за щелочной pH окружающая среда на границе раздела сталь – бетон. Однако ржавление стали в бетоне все еще может быть проблемой, так как расширяющаяся ржавчина может разрушить или медленно «взорвать» бетон изнутри.^{[нужна цитата ]}

В качестве близкого примера, железные прутья использовались для усиления каменной кладки Парфенон в Афины, Греция, но вызвали значительные повреждения из-за ржавчины, разбухания и разрушения мрамор компоненты здания.^{[нужна цитата ]}

Когда требуется только временная защита для хранения или транспортировки, тонкий слой масла, смазки или специальной смеси, такой как Cosmoline можно наносить на поверхность железа. Такие методы лечения широко используются, когда "консервация «стальной корабль, автомобиль или другое оборудование для длительного хранения.

Доступны специальные противозадирные смазочные смеси, которые наносятся на металлическую резьбу и другие прецизионные обработанные поверхности, чтобы защитить их от ржавчины. Эти составы обычно содержат жир, смешанный с порошком меди, цинка или алюминия, а также другими запатентованными ингредиентами.^{[нужна цитата ]}

Воронение

Воронение - это метод, который может обеспечить ограниченное сопротивление коррозии для небольших стальных предметов, таких как огнестрельное оружие; для достижения успеха водовытесняющее масло натирают вороненую сталь и другую сталь.

Ингибиторы

Ингибиторы коррозии, такие как газофазные или летучие ингибиторы, могут использоваться для предотвращения коррозии внутри герметичных систем. Они неэффективны, если циркуляция воздуха рассеивает их и приносит свежий кислород и влагу.

Контроль влажности

Ржавчины можно избежать, контролируя влажность в атмосфере.^[12] Примером этого является использование силикагель пакеты для контроля влажности оборудования, отправляемого морем.

Уход

Удаление ржавчины с мелких предметов из железа или стали с помощью электролиз можно сделать в домашней мастерской, используя простые материалы, такие как пластиковое ведро, наполненное электролитом, состоящим из стиральная сода растворился в водопроводная вода, длина арматура подвешен вертикально в растворе, чтобы действовать как анод, другой уложен на верхнюю часть ведра, чтобы служить опорой для подвешивания объекта, проволока для тюков подвесить объект в растворе к горизонтальному стержню арматуры и зарядное устройство в качестве источника питания, в котором положительный вывод прикреплен к аноду, а отрицательный вывод прикреплен к обрабатываемому объекту, который становится катод.^[13]

Ржавчину можно обработать коммерческими продуктами, известными как преобразователь ржавчины которые содержат дубильная кислота или же фосфорная кислота которая сочетается с ржавчиной; удаляется органическими кислотами, такими как лимонная кислота и уксус или сильнее соляная кислота; или удаляется хелатирующими агентами, как в некоторых коммерческих составах, или даже раствором патока.^[14]

Экономический эффект

Ржавчина арматура расширился и расколотый бетон с поверхности этого железобетон поддерживать

Ржавчина связана с деградацией инструментов и конструкций на основе железа. Поскольку ржавчина имеет гораздо больший объем, чем исходная масса железа, ее скопление также может вызвать разрушение из-за разрыва соседних частей - явление, иногда известное как «уплотнение ржавчины». Это было причиной обвала Мост через реку Мианус в 1983 году, когда подшипники заржавели внутри и оторвали один угол дорожной плиты от опоры.

Ржавчина была важным фактором Серебряный мост катастрофа 1967 г. в Западная Виргиния, когда сталь подвесной мост рухнул менее чем за минуту, в результате чего на мосту погибли 46 водителей и пассажиров. В Мост Кинзуа в Пенсильвания был сбит торнадо в 2003 году, главным образом потому, что центральные болты основания, удерживающие конструкцию на земле, проржавели, оставив мост закрепленным только под действием силы тяжести.

Железобетон также уязвим к ржавчине. Внутреннее давление, вызванное расширяющейся коррозией покрытой бетоном стали и железа, может вызвать скол, создавая серьезные структурные проблемы. Это один из наиболее распространенных видов разрушения железобетона. мосты и здания.

• Разрушения конструкции из-за ржавчины
• 

  Рухнул Серебряный мост, как видно из Огайо сторона

• 

  В Мост Кинзуа после того, как он рухнул

Культурный символизм

Ржавчина - широко используемый метафора для медленного разложения из-за пренебрежения, поскольку он постепенно превращает прочное железо и сталь в мягкий крошащийся порошок. Широкая часть промышленно развитых Американский Средний Запад и Американский Северо-Восток, когда-то доминировал сталелитейные заводы, то автоматизированная индустрия, и другие производители, пережили резкие экономические спады, из-за которых регион получил прозвище "Пояс из ржавчины ".

В музыке, литературе и искусстве ржавчина ассоциируется с образами увядшей славы, забвения, разложения и разорения.

Галерея

Эта секция содержит неэнциклопедическую или чрезмерную галерею изображений. Пожалуйста, помогите улучшить раздел удаление лишних или неизбирательных изображений или по перемещение релевантных изображений рядом с соседним текстом, в соответствии с Руководство стиля по использованию изображений. (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

• 

  Ржавые и без ямок стойки 70-летнего Железный мост через реку Нанду

• 

  Концентрические узоры ржавчины, пробивающие окрашенную поверхность

• 

  Ржавый, но в остальном нетронутый Ананасовая граната который ранее был закопан в землю рядом с Opheusden, Нидерланды

• 

  Цвета и пористая текстура поверхности ржавчины

Рекомендации

дальнейшее чтение

• Вальдман, Дж. (2015): Ржавчина - самая долгая война. Саймон и Шустер, Нью-Йорк. ISBN  978-1-4516-9159-7

внешняя ссылка

• тематические исследования коррозии Анализ коррозии
• Доктора Коррозии Ржавая статья