Как убрать ржавчину с металла

Коррозия металлов — процесс медленного разрушения металлических материалов вследствие их взаимодействия с окружающей средой. Как убрать ржавчину с металла — важный вопрос, ведь коррозия может возникать даже в домашних условиях. Открытая поверхность металлов взаимодействует с кислородом, водой и солями. В результате этих реакций на поверхности образуются новые соединения, которые нарушают структуру вещества и приводят к разрушению. Когда металл контактирует с электролитом, например, с соленой водой, на его поверхности могут возникать электрические токи, ускоряющие коррозионные процессы.

В той или иной степени, практически все металлы и сплавы подвержены коррозии. Однако, скорость и характер х процессов могут значительно отличаться в зависимости от многих факторов, таких как:

• Состав — чистые металлы обычно корродируют быстрее, чем сплавы. 

• Среда — в контакте с кислотами, щелочами, соленой водой коррозия происходит быстрее. 

• Температура — повышение температуры ускоряет коррозию. 

• Внутренние механические напряжения в металле — потенциальные места зарождения коррозии. 

Из всех использующихся в строительстве и технике металлов наиболее подверженные коррозии железо и сталь, интенсивно корродирующие во влажной среде с образованием ржавчины. Алюминий, например, активно взаимодействует с кислородом, но образующаяся оксидная пленка защищает металл от дальнейшей коррозии. Однако в некоторых средах (например, в щелочах) алюминий может разрушаться более интенсивно. Медь в атмосфере корродирует медленно, образуя патину. Однако в некоторых кислотах и щелочах может вступать в деструктивные реакции достаточно быстро. Активно корродирует цинк, но часто используется для защиты других металлов (оцинкование), как пассивирующий элемент, вызывающий агрессию окружающей среды на себя. 

Сплавы, более устойчивые к коррозии, например, нержавеющие стали, содержащие хром и другие легирующие элементы, которые образуют на поверхности пассивную пленку. Легирование алюминия различными элементами (медь, магний, кремний) повышает его коррозионную стойкость. Обладают высокой коррозионной стойкостью медные сплавы (бронза, латунь), особенно в морской воде, очень высокую коррозионную стойкость в различных средах имеют титановые сплавы.

Визуально обнаружить очаги коррозии можно практически на всех металлах. Это пятна и разводы самого разного цвета и консистенции, портящие внешний вид изделий и конструкций. Наиболее известна профессиональным металлургам и людям, работающим с металлами, а также большинству владельцев автотранспорта ржавчина — коричневый, красный или бурый налет, появляющийся на сплавах, содержащих железо. Сегодня нас интересует именно ржавчина. По той причине, что железо, сталь и чугун занимают самую широкую нишу в металлургии и, соответственно, производстве разнообразных вещей, конструкций, машин из металла.

Что такое ржавчина

Ржавчина — это продукт коррозии железа и его сплавов, например, стали. Она представляет собой рыхлый, пористый слой оксидов и гидроксидов железа, образующийся на поверхности металла при его взаимодействии с кислородом и водой. Основные химические компоненты ржавчины — оксид железа (Fe₂O₃) и гидроксид железа (Fe(OH)₃).

Ржавчина разрушает металл, делая его хрупким и менее прочным, поскольку образующиеся оксиды и гидроксиды занимают больший объем, чем исходный металл, что приводит к его разрушению. Как пример механизма действия можно привести разрушение бетона или кирпича в результате замерзания проникшей в поры и капилляры воды. Образование ржавчины — сложный электрохимический процесс, в результате которого и образуются различные оксиды и гидроксиды железа.

Основная реакция:

4Fe + 3O₂ + xH₂O → 2Fe₂O₃•xH₂O

Здесь:

• Fe – железо;

• O₂ - кислород;

• H₂O – вода;

• Fe₂O₃•xH₂O - гидратированный оксид железа (ржавчина).

Как происходит процесс:

1. Образование электролитической ячейки. На поверхности металла возникают микроскопические гальванические элементы. Одни участки металла становятся анодом (отдают электроны), другие – катодом (принимают электроны).

2. Окисление железа на аноде. Атомы железа отдают электроны и превращаются в ионы железа: Fe → Fe²⁺ + 2e⁻

3. Восстановление кислорода на катоде. Электроны, переносимые через электролит (воду), восстанавливают кислород: O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻

4. Образование гидроксида железа. Ионы железа и гидроксид-ионы взаимодействуют, образуя гидроксид железа Fe²⁺ + 2OH⁻ → Fe(OH)₂

5. Окисление гидроксида железа. Гидроксид железа далее окисляется кислородом, образуя гидратированный оксид железа (ржавчину) 4Fe(OH)₂ + O₂ → 2Fe₂O₃•xH₂O + 2H₂O.

Как и любая другая химическая реакция, образование ржавчины происходит при стечении ряда благоприятных (с точки зрения коррозии) обстоятельств. Если их устранить, срок службы железа и содержащих его сплавов увеличиться на порядок и выше. Важно учесть, что ржавчина пористая и не защищает металл от дальнейшей коррозии, в отличие от оксидной пленки на алюминии. Поэтому ржавчину необходимо удалять и защищать металл от дальнейшего воздействия окружающей среды.

Причины появления ржавчины

Основной причиной ее появления является окисление, когда атомы железа отдают электроны атомам кислорода, образуя оксиды железа. Вода играет ключевую роль в этом процессе, ускоряя окисление, так как она является электролитом и способствует передаче ионов. Присутствие солей, кислот и щелочей в воде или воздухе усиливает коррозию, поскольку они тоже действуют как электролиты.

Если поверхность металла повреждена, например, царапинами или сколами, кислород и влага получают прямой доступ к металлу, что ускоряет ржавление. Высокая влажность и перепады температуры также способствуют коррозии, поскольку они создают условия для конденсации влаги на поверхности металла. Механические напряжения в металле могут стать точками начала коррозии.

Скорость коррозии зависит от состава металла — наличие примесей может ускорять или замедлять этот процесс. Повышенные температуры также усиливают коррозию. Контакт железа с более благородными металлами, такими как медь, ускоряет ржавление, а кислая среда значительно увеличивает скорость разрушения металла.

Один из наиболее эффективных способов борьбы с ржавчиной — создание барьера между поверхностью металла и атмосферными кислородом и влагой. Это предусматривает использование красок, лаков, гальванических и полимерных покрытий, оцинковки. Но наносить их нужно на чистый металл, без следов коррозии. Если замечены красные или бурые пятна — перед защитной обработкой их нужно устранить. Сделать это порой непросто, особенно, если повреждена не только поверхность, но и более глубокие слои.

Чем убрать ржавчину с металла

Как убрать ржавчину с металла — сложная техническая задача, возникающая при восстановлении металлических изделий. Существует множество методов, выбор которых зависит от степени поражения металла, его состава, доступных инструментов и химических веществ. Также необходимо принимать во внимание степень чистоты поверхности, которой необходимо достичь после очистки. Если не удалять ржавчину, например, перед покраской, коррозия будет распространяться дальше, вызывая более серьезное повреждение, снижение механических свойств металла и даже его полное разрушение со временем. Кроме того, удаление ржавчины улучшает адгезию (сцепление) краски или лака, которые защищают металл от дальнейшей коррозии.

Механические способы

Наиболее распространенные способы, благодаря своей доступности даже в бытовых условиях, небольшой стоимости расходников и вполне достойны по результативности:

• Абразивная очистка. Использование наждачной бумаги, металлических щеток, шлифовальных кругов. Этот метод эффективен для удаления поверхностной ржавчины, но может повредить металл.

• Пескоструйная обработка. Металлическую поверхность обрабатывают абразивным материалом (песком, стальной дробью) под высоким давлением. Этот метод позволяет быстро и эффективно очистить большие площади.

• Ультразвуковая очистка. Используется для удаления ржавчины с мелких деталей. Звуковые волны отрывают частицы ржавчины от поверхности металла, не повреждая основания.

Важно учесть, что при механическом удалении частиц гидроксида железа образуется много пыли и мелких твердых частиц, раздражающих органы дыхания и способных повредить глаза. Необходимо в обязательном порядке пользоваться средствами личной защиты.

Химические средства от ржавчины на металле

Создано немало реактивов, растворяющих ржавчину, или преобразовывающих ее в плотные соединения, герметично покрывающие поверхность изделий из железосодержащих сплавов и создающие защитную пленку. Это:

• Кислоты. Соляная, серная, фосфорная, растворяющие ржавчину. Однако, кислоты также могут повредить металл, поэтому после обработки необходимо нейтрализовать кислоту и защитить металл от дальнейшей коррозии.

• Щелочные растворы (например, раствор соды) — менее агрессивные, чем кислоты, но и менее эффективны.

• Специализированные средства. Существуют различные химические средства для удаления ржавчины, которые содержат ингибиторы коррозии и предотвращают дальнейшее окисление металла.

• Пасты и гели. Сочетают в себе абразивные частицы и химически активные вещества. Наносятся на поверхность и оставляются на некоторое время, затем удаляются механическим способом.

Самые эффективные химические средства созданы для использования в промышленных условиях. Те, которые продаются в магазинах строительных товаров, как правило, менее эффективны, предназначены для удаления следов ржавчины после механической очистки.

Промышленные препараты и средства от ржавчины на металле

К ним принадлежат методы очистки, требующие использования специального оборудования. Например, электролиз. При пропускании электрического тока через раствор электролита, ржавчина растворяется на катоде. Этот метод позволяет удалять ржавчину с труднодоступных мест и сложных поверхностей. Часто используют кислотные и щелочные преобразователи ржавчины, мощные пескоструйные машины, ультразвуковые установки и шлифовальные машины.

Термическая обработка

Это эффективный способ удаления ржавчины, который основывается на применении высокой температуры. В процессе нагрева металлические изделия подвергаются термическому воздействию, что позволяет разрушить слои коррозии и подготовить металл к дальнейшим этапам обработки. При достижении определенной температуры, обычно в диапазоне 600-700°C, оксиды железа, составляющие ржавчину, начинают распадаться и отслаиваться от поверхности металла. После этого изделие подвергается быстрому охлаждению, что способствует дальнейшему отслаиванию оставшихся частиц ржавчины благодаря резкому перепаду температур.

Термическая обработка особенно эффективна для удаления глубоко въевшейся коррозии, а также для подготовки металла к сварке, поскольку она устраняет оксидную пленку, что важно для качественного соединения металлов. Помимо этого, высокая температура помогает очистить металл от органических загрязнений, масла или краски, что делает метод универсальным для различных видов изделий.

Однако, несмотря на высокую эффективность, термообработка требует использования специального оборудования для нагрева металла до высоких температур. Кроме того, при неправильном выполнении существует риск деформации изделия, что требует тщательного контроля над процессом нагрева и охлаждения. Также необходимо соблюдать меры предосторожности, чтобы избежать ожогов при работе с раскаленными материалами. Некоторые виды металлов могут утратить свои свойства при воздействии высоких температур, что ограничивает применение этого метода для определенных материалов.

Существуют разные методы термической обработки

• пламенная, при которой металл нагревается с помощью газового пламени;

• индукционная, использующая индукционные токи; 

• печная, где изделия нагреваются в специально контролируемой атмосфере.

Сравнительная таблица эффективности разных методов удаления ржавчины.

Народные рецепты и методы

Когда под рукой нет специальных химических средств, на помощь приходят проверенные временем народные рецепты. Они позволяют эффективно удалить ржавчину с различных металлических поверхностей.

Популярные народные средства для удаления ржавчины:

• Уксус. Один из самых доступных и эффективных способов. Замочите ржавый предмет в уксусе на несколько часов или дней (в зависимости от степени коррозии). Затем очистите поверхность щеткой.

• Лимонная кислота. Обладает схожими свойствами с уксусом. Приготовьте концентрированный раствор лимонной кислоты и замочите в нем ржавый предмет.

• Сода. Используется для удаления легкой ржавчины. Приготовьте пасту из соды и воды, нанесите на ржавое место и оставьте на несколько часов. Затем тщательно очистите поверхность.

• Картофель. Содержит щавелевую кислоту, которая помогает растворить ржавчину. Разрежьте картофелину пополам, посыпьте солью и трите ржавое место.

• Кока-кола. Содержит фосфорную кислоту, которая эффективно удаляет ржавчину. Замочите ржавый предмет в кока-коле на несколько часов. Но лучше помогает раствор фосфорной кислоты с концентрацией от 5% до 30%. Для небольших деталей их можно полностью погрузить в раствор на определенное время (от нескольких минут до нескольких часов). Для больших поверхностей раствор наносят кистью, оставляя его на некоторое время.

Народные методы не всегда могут заменить профессиональные средства, особенно при работе с ценными или сложными металлическими изделиями.

Удаление ржавчины с одежды

Удаление следов ржавчины с одежды требует аккуратного подхода, так как это стойкое загрязнение. Существуют несколько проверенных методов, которые помогут избавиться от пятен, не повредив ткань.

Один из самых эффективных способов — использование лимонного сока и соли. Необходимо нанести на пятно немного лимонного сока, посыпать солью и оставить на несколько минут. Затем одежду нужно аккуратно потереть мягкой тканью или щеткой и промыть теплой водой. Лимонная кислота взаимодействует с ржавчиной, разрушая ее, а соль помогает ускорить этот процесс.

Другим вариантом является использование уксуса и пищевой соды. Уксус нужно нанести на пятно, а затем посыпать содой, которая вступит в реакцию с кислотой, образуя пену. Это поможет разрушить ржавчину. После того, как пена исчезнет, ткань следует прополоскать в воде.

Также в продаже есть специальные пятновыводители, которые можно использовать в зависимости от типа ткани. Важно внимательно следовать инструкциям на упаковке, чтобы не повредить одежду. После удаления пятна рекомендуется постирать одежду как обычно, чтобы полностью устранить остатки средств и загрязнений.

Профилактика образования ржавчины

Основные методы профилактики коррозии включают использование различных защитных покрытий и специальных средств. Например, краски и эмали создают барьер, препятствующий контакту металла с кислородом и влагой, а лаки обеспечивают защиту от влаги и ультрафиолетового излучения. Гальванические покрытия, такие как цинк, никель или хром, наносятся на поверхность металла, образуя дополнительный защитный слой. Оксидные пленки, создаваемые искусственно, также обладают защитными свойствами, предотвращая разрушение металла.

Ингибиторы коррозии представляют собой вещества, замедляющие или останавливающие коррозионные процессы. Они часто добавляются в масла, смазки или охлаждающие жидкости, чтобы повысить их защитные свойства. После контакта с водой металлические изделия необходимо тщательно высушивать, а хранение должно осуществляться в сухих условиях, чтобы минимизировать воздействие влаги. Регулярный осмотр изделий позволяет вовремя обнаружить первые признаки коррозии и предотвратить дальнейшее разрушение. Для подвижных частей металлоконструкций важно использовать смазки, которые снижают трение и защищают от влаги.

Для специфических условий, таких как эксплуатация автомобилей, требуется антикоррозийная обработка днища и арок колес, а также регулярная мойка и сушка. Инструменты лучше хранить в сухом месте и смазывать их подвижные части. Бытовую технику необходимо регулярно очищать от влаги и жира, чтобы избежать коррозии. Для строительных конструкций важно использовать антикоррозийные материалы и проводить периодические осмотры и ремонтные работы.