class="sub">2O + 3O2 = 2(Fe2O3·H2O).
Таким образом, ржавчина представляет собой водную окись железа.
Почему же химически чистое железо гораздо устойчивее к коррозии, чем обычный технический металл? Это станет понятно, если мы будем рассматривать коррозию как процесс электрохимический.
Вспомним, что при контакте двух металлов, отличающихся между собой по легкости отдачи валентных электронов, то есть по активности, возникает разность потенциалов, причем менее активный металл становится электроотрицательным, а более активный — электроположительным. Если в воде есть хотя бы небольшое количество электролитов, в ней образуется гальванический элемент: водород выделяется на менее активном металле, а более активный металл разрушается. Чистые же металлы не образуют гальванических микроэлементов, поэтому они и устойчивее.
Однако гальванический микроэлемент образуют не только два металла. Так, при ржавлении обычной углеродистой стали образуется гальванический микроэлемент, в котором железо служит катодом и потому разрушается, а роль анода выполняет карбид железа — цементит. Гальванический микроэлемент может образоваться и в том случае, если на поверхности металла есть загрязнения: пыль, кусочки угля и т. п.
Известно, что для защиты железа от коррозии изделие покрывают цинком (цинкуют) или оловом (лудят). При нарушении защитного слоя (царапины, трещины и т. п.) процессы коррозии идут по-разному. В первом случае разрушается цинк — ведь он более активен, чем железо, а во втором — железо, так как олово менее активный металл.
По той же причине при нарушении никелевых покрытий разрушается также железо, а менее активный никель сохраняется. В этом отношении красивые никелированные изделия-«аристократы» явно проигрывают перед обычными, совсем не блестящими оцинкованными ведрами…
Поскольку для образования гальванического микроэлемента нужен раствор электролита, то особенно интенсивно идет коррозия в соленой морской воде, ведь в ней растворено много солей. Но даже в относительно чистую дождевую воду из запыленного воздуха попадает достаточно веществ, чтобы обеспечить образование гальванической пары, а значит, и коррозии.
Процессы коррозии, с которыми мы лишь коротко познакомились, чрезвычайно сложны. Поэтому, несмотря на усилия большого числа ученых, многое в ней еще не выяснено, и существующие теоретические положения нередко являются спорными. Но наука непрерывно развивается, с каждым днем накапливаются все новые и новые данные, которые позволяют все правильнее и точнее представить себе процессы, происходящие при коррозии, и научиться управлять ими.
Каковы же средства защиты от коррозии? Прежде всего нужно стремиться к получению однородной поверхности. Полированные поверхности подвержены коррозии в минимальной степени, ведь на них мало механических неоднородностей, способствующих неравномерному окислению и образованию гальванических микроэлементов. По той же причине следует очищать изделия от пыли.
Там, где это возможно, нужно предохранять металл от попадания на него влаги. Простейший способ такой защиты — смазка железных предметов маслами, слой которых не пропускает к поверхности влагу и кислород. Часто изделия из железа красят, или лакируют, или, как мы уже говорили, лудят, цинкуют, никелируют.
Мы уже знакомы и с хромированием стали. Устойчивость хромированных изделий против коррозии объясняется тем, что хром очень быстро покрывается на воздухе тончайшим слоем плотной и однородной окиси Cr2O3, которая не пропускает к металлу влагу и кислород и потому надежно пассивирует его.
К сожалению, окислы самого железа пассивируют металл, лишь если они получены в специальных условиях. Как правило же, окислы на поверхности железа настолько рыхлы, что не препятствуют дальнейшему ржавлению.
При длительном нагревании металлических изделий в концентрированном растворе селитры со щелочью поверхность их темнеет вследствие образования защитной пленки окисла. Такой процесс пассивирования железа называют воронением. Очень прочные защитные пленки получаются при фосфатировании поверхности фосфатами железа и марганца.
Изучив электрохимические процессы, происходящие при ржавлении, люди нашли остроумные методы борьбы с коррозией. Например, если у днища судна закрепить цинковую пластину и соединить ее с корпусом, то, как мы уже знаем, цинк будет растворяться, а стальной корпус останется невредимым.
Упорные поиски ведутся для того, чтобы найти вещества, замедляющие коррозию, отрицательные катализаторы коррозии (ингибиторы). Такими веществами служат, например, хромат натрия и органические вещества формалин и уротропин. Проблема борьбы с коррозией продолжает оставаться важнейшей научной проблемой и привлекает к себе большие научные силы.
«Железный век» продолжается
Железо знакомо человеку с глубокой древности, однако лишь сравнительно недавно люди научились использовать не только «готовое» железо, попадавшее на Землю в виде метеоритов из космоса, но и выплавлять его из руды. Введение изделий из железа в трудовую практику людей вместо меди и бронзы произвело такой значительный переворот, что большой период в жизни человечества назван «железным веком».
Время, в которое мы с вами живем, часто называют веком пластмасс, иногда — веком алюминия, но уже редко говорят «век железа». А напрасно!
Судите сами. Подсчитано, что за всю историю человечества люди извлекли из недр Земли несколько миллиардов тонн железа. И большая часть этого количества поставлена на службу человеку в течение последних ста лет.
За это время люди стали использовать много новых материалов, в том числе алюминий, титан, вольфрам, ванадий, пластические массы и т. д. Но в то же время с каждым годом увеличивается и производство железа. Если в 1900 году во всем мире было получено около 42 миллионов тонн железа, то в 1940 году — уже 105 миллионов тонн. А лет через 7–8 такое количество железа будет давать одна только наша страна. Ведь уже в 1965 году семилетний план предусматривает выплавку в нашей стране до 91 миллиона тонн стали.
Программа коммунистического строительства, принятая XXII съездом Коммунистической партии, намечает довести выплавку стали в 1980 году до 250 миллионов тонн. Много ли это? Судите сами: каждую минуту промышленность будет давать около 500 тонн стали — 100 тракторов в минуту!
Конечно, царство железа сужается с введением в технику новых материалов. И это закономерно: каждый материал должен работать с максимальной пользой именно там, где это целесообразно. В воздух железо «не пустят» алюминиевые и магниевые сплавы. И в космосе, по-видимому, железо будет встречаться, как и тысячи лет назад, лишь в виде метеоритов; для создания космических кораблей железо, по-видимому, не годится по своим свойствам. Да и на Земле у железа сейчас много соперников: в ряде изделий его заменяют алюминием и пластмассами. Большие перспективы перед недавно освоенными металлами: титаном, который, в частности, гораздо меньше боится коррозии и потому «живет» более ста лет; ванадием, бериллием и другими, — о них будет речь в следующей главе.
Но при всех своих неоспоримых преимуществах все эти металлы имеют один важнейший недостаток: они дороги, и их добыча выражается в цифрах, которые трудно сравнивать с теми же цифрами для железа, — так, ванадия
