لماذا الصدأ المعادن؟

ما هو الشائع بين مسمار الصدئة ، جسر الصدأ ، أو السياج الحديدي تسرب؟ لماذا الهياكل الحديدية ومنتجات الحديد الصدأ بشكل عام؟ ما هو الصدأ في حد ذاته؟ سنحاول إعطاء إجابات على هذه الأسئلة في مقالتنا. النظر في أسباب الصدأ للمعادن وطرق الحماية من هذه الظاهرة الطبيعية الضارة.

أسباب الصدأ

كل شيء يبدأ مع استخراج المعادن. ليس فقط الحديد ، ولكن ، على سبيل المثال ، الألومنيوم، والمغنيسيوم يتم استخراجها في البداية في شكل خام. لا يحتوي الألومنيوم والمنغنيز والحديد وخامات المغنيسيوم على معادن نقية ، ولكن مركباتها الكيميائية: الكربونات ، الأكاسيد ، الكبريتيدات ، هيدروكسيدات.

هذه هي مركبات كيميائية للمعادن مع الكربون والأكسجين والكبريت والماء ، وما إلى ذلك. هناك واحد ، اثنان ، والمعادن النقية في الطبيعة - البلاتين والذهب والفضة والمعادن الثمينة - تحدث في شكل معادن في حالة حرة ، ولا تميل إلى تكوين المركبات الكيميائية.

ومع ذلك ، فإن معظم المعادن ليست حرة في ظل الظروف الطبيعية ، ومن أجل إطلاقها من مركبات البداية ، من الضروري إذابة الخامات ، وبالتالي تقليل المعادن النقية.

لكن صهر خام يحتوي على المعدن ، على الرغم من أننا نحصل على المعدن في شكله النقي ، فإنه لا يزال حالة غير مستقرة ، بعيدة عن الطبيعية. لهذا السبب ، يميل المعدن النقي في الظروف البيئية العادية إلى العودة إلى حالته الأصلية ، أي التأكسد ، وهذا هو تآكل المعدن.

وبالتالي ، التآكل هو عملية تدمير طبيعية للمعادن التي تحدث في ظل ظروف تفاعلها مع البيئة. على وجه الخصوص ، الصدأ هو عملية تشكيل هيدروكسيد الحديد Fe (OH) 3 ، والذي يستمر في وجود الماء.

ولكن الحقيقة الطبيعية تلعب في أيدي الناس أن تفاعل الأكسدة في الجو الذي اعتدنا عليه ليس سريعًا للغاية ، فهو يسير بسرعة منخفضة للغاية ، لذلك لا تنهار الجسور والطائرات على الفور ، ولا تنهار الأواني أمام أعيننا في مسحوق الزنجبيل. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن إبطاء التآكل ، من حيث المبدأ ، باللجوء إلى بعض الحيل التقليدية.

على سبيل المثال ، لا يصدأ الفولاذ المقاوم للصدأ ، على الرغم من أنه يتكون من الحديد ، وهو عرضة للأكسدة ، ومع ذلك فهو غير مغطى بهيدروكسيد أحمر. لكن النقطة هنا هي أن الفولاذ المقاوم للصدأ ليس من الحديد النقي ، والفولاذ المقاوم للصدأ عبارة عن سبيكة من الحديد ومعدن آخر ، ولا سيما الكروم.

بالإضافة إلى الكروم والنيكل والموليبدينوم والتيتانيوم والنيوبيوم والكبريت والفوسفور ، وما إلى ذلك ، يمكن تضمينها في تركيبة الفولاذ ، وإضافة العناصر الإضافية إلى السبائك المسؤولة عن خواص معينة من السبائك الناتجة تسمى السبائك.

طرق للحماية من التآكل

كما ذكرنا أعلاه ، فإن عنصر السبائك الرئيسي المضاف إلى الفولاذ العادي لمنحه خصائص مضادة للتآكل هو الكروم. يتأكسد Chrome بشكل أسرع من الحديد ، أي أنه يأخذ ضربة على نفسه. على سطح الفولاذ المقاوم للصدأ ، وبالتالي ، يظهر أولاً فيلم واقية من أكسيد الكروم ، الذي له لون غامق ، وليس فضفاضًا مثل صدأ الحديد العادي.

لا يمر أكسيد الكروم بأيونات عدوانية من البيئة الضارة بالحديد ، والمعدن محمي من التآكل ، مثل بدلة واقية محكمة الإغلاق. وهذا هو ، فيلم أكسيد في هذه الحالة لديه وظيفة واقية.

عادةً ما لا تقل كمية الكروم في الفولاذ المقاوم للصدأ عن 13٪ ، والنيكل أقل قليلاً من الفولاذ المقاوم للصدأ ، وتوجد إضافات السبائك الأخرى بكميات أقل بكثير.

بفضل الأفلام الواقية التي تأخذ التأثير البيئي أولاً ، أن العديد من المعادن تقاوم التآكل في بيئات مختلفة.على سبيل المثال ، لم يلمع حقًا ملعقة أو صفيحة أو صينية مصنوعة من الألمنيوم ؛ فإذا نظرت عن كثب ، فإن لها لونًا أبيض. هذا هو مجرد أكسيد الألومنيوم ، الذي يتكون من تماس الألومنيوم النقي مع الهواء ، ثم يحمي المعدن من التآكل.

يظهر فيلم الأكسيد من تلقاء نفسه ، وإذا قمت بتنظيف وعاء الألومنيوم بورق الصنفرة ، فبعد ثوانٍ قليلة من اللمعان ، سوف يتحول السطح إلى اللون الأبيض مرة أخرى - يتأكسد الألمنيوم الموجود على السطح المنظف مرة أخرى تحت تأثير الأكسجين الجوي.

نظرًا لأن فيلم أكسيد الألومنيوم يتكون من تلقاء نفسه ، دون أي حيل تكنولوجية خاصة ، فإنه يطلق عليه اسم الفيلم السلبي. وتسمى هذه المعادن ، التي يتشكل عليها فيلم أكسيد بشكل طبيعي ، التخميل. على وجه الخصوص ، الألومنيوم هو معدن تخميلها.

يتم فرض بعض المعادن في حالة سلبية ، على سبيل المثال ، أكسيد الحديد العالي - Fe2O3 قادر على حماية الحديد وسبائكه في الهواء في درجات حرارة عالية وحتى في الماء ، والتي لا يمكن أن يتفاخر بها الهيدروكسيد الأحمر ولا الأكاسيد السفلى من نفس الحديد.

هناك التخميل والفروق الدقيقة في هذه الظاهرة. على سبيل المثال ، في حمض الكبريتيك القوي ، يكون الفولاذ المخلل فورًا مقاومًا للتآكل ، وفي محلول ضعيف من حامض الكبريتيك ، سيبدأ التآكل على الفور.

لماذا يحدث هذا؟ الجواب على المفارقة الواضحة هو أنه في الحمض القوي ، يتشكل فيلم مغامر على الفور على سطح الفولاذ المقاوم للصدأ ، لأن الحمض ذو التركيز العالي قد أوضح خصائص المؤكسدة.

في الوقت نفسه ، لا يؤدي حمض ضعيف إلى أكسدة الفولاذ بسرعة كافية ، ولا يتشكل الفيلم الواقي ، إنه يبدأ بالتآكل. في مثل هذه الحالات ، عندما لا يكون الوسط المؤكسد عدوانيًا بدرجة كافية ، لتحقيق تأثير التخميل يلجأ إلى إضافات كيميائية خاصة (مثبطات ومثبطات التآكل) التي تساعد في تكوين فيلم سلبي على سطح المعدن.

نظرًا لأن ليس كل المعادن عرضة لتشكيل الأغشية المنفعلة على سطحها ، حتى بالقوة ، فإن إضافة المشرفين إلى الوسط المؤكسد يؤدي ببساطة إلى الاحتفاظ الوقائي بالمعادن تحت ظروف الاختزال ، عندما يتم قمع الأكسدة بقوة ، أي عندما تكون المادة المضافة موجودة في بيئة عدوانية ، .

هناك طريقة أخرى للحفاظ على المعدن في بيئة الاسترداد ، إذا لم يكن من الممكن استخدام مثبط ، استخدم طلاءًا أكثر نشاطًا: الدلو المجلفن لا يصدأ ، نظرًا لأن الزنك المطلي بالطلاء يفسد الحديد في اتصال مع البيئة ، أي أنه يأخذ ضربة على نفسه ، كونه معدنًا أكثر نشاطًا ، من المرجح أن يدخل الزنك في تفاعل كيميائي.

غالبًا ما يكون الجزء السفلي من السفينة محميًا بطريقة مماثلة: يتم إرفاق قطعة من المداس بها ، ثم يتم إتلاف المداس ، ويظل الجزء السفلي غير ضار.

حماية التآكل الكهروكيميائي للمرافق تحت الأرض هي أيضًا طريقة شائعة جدًا لمكافحة تشكيل الصدأ عليها. يتم إنشاء ظروف الاختزال من خلال تطبيق كاثود سلبي محتمل على المعدن ، وفي هذا الوضع ، لن تكون عملية أكسدة المعدن قادرة على المضي قدمًا ببساطة.

قد يتساءل المرء عن سبب عدم تلطيف الأسطح المعرضة لخطر التآكل ، فلماذا لا تقوم ببساطة بتغطية جزء معرض للتآكل في كل مرة باستخدام المينا؟ ما هي الطرق المختلفة ل؟

الجواب بسيط. قد يتلف المينا ، على سبيل المثال ، قد ينكسر طلاء السيارة في مكان غير واضح ، وسيبدأ الجسم بالتدريج ولكن بشكل مستمر الصدأ ، لأن مركبات الكبريت والأملاح والماء والأكسجين ستأتي إلى هذا المكان ، ونتيجة لذلك ، سينهار الجسم.

لمنع حدوث مثل هذه الأحداث ، لجأ إلى علاج إضافي مضاد للتآكل في الجسم. السيارة ليست صفيحة مينا يمكن إلقاؤها في حالة تلف مينا واشترت لوحة جديدة ..

الوضع الحالي

على الرغم من المعرفة الواضحة وظاهرة ظاهرة التآكل ، على الرغم من أساليب الحماية المتنوعة المستخدمة ، لا يزال التآكل يشكل خطراً معيناً. يتم تدمير خطوط الأنابيب وهذا يؤدي إلى انبعاثات النفط والغاز ، سقوط الطائرات ، تعطل القطار. الطبيعة أكثر تعقيدًا مما قد تبدو للوهلة الأولى ، ولم تستكشف البشرية بعد الكثير من جوانب التآكل.

لذلك ، حتى السبائك المقاومة للتآكل أثبتت ثباتها فقط في ظروف معينة يمكن التنبؤ بها ، من أجل العملية التي كانت مخصصة لها في الأصل. على سبيل المثال ، لا يتسامح الفولاذ المقاوم للصدأ مع الكلوريدات ، ويتأثر به - يحدث التآكل الهضمي والتأثير بين البلورات.

ظاهريًا ، بدون تلميح من الصدأ ، يمكن أن ينهار الهيكل فجأة إذا تشكلت آفات صغيرة ولكن عميقة جدًا من الداخل. الشقوق الصغرى التي تخترق سماكة المعدن غير مرئية من الخارج.

حتى سبيكة غير معرضة للتآكل يمكن أن تتصدع فجأة ، وتتعرض لضغط ميكانيكي طويل - مجرد صدع كبير سيدمر الهيكل فجأة. لقد حدث هذا بالفعل في جميع أنحاء العالم من خلال الهياكل والآليات الخاصة ببناء المعادن وحتى مع الطائرات والمروحيات.