Metaalkundige legt uit: Wat is roest en hoe ontstaat het

De chemie van corrosie: hoe uw metalen items te reinigen en beschermen

Roest is de veelvoorkomende naam voor de chemicaliën die ontstaan wanneer ijzer reageert met zuurstof en water. "Roest" is in de chemie slecht gedefinieerd — veel chemicaliën kunnen gevormd worden wanneer ijzer blootgesteld wordt. Echter, we verwijzen doorgaans naar het rode, vlokkerige uiterlijk dat resulteert uit bepaalde chemicaliën als roest.

Corroderend ijzer of staal produceert veel verschillende verbindingen in reguliere omgevingscondities. Sommige van deze chemicaliën zullen zwart, blauw, geel, grijs, of bruin zijn, afhankelijk van welke moleculen ze uit de omgeving grijpen tijdens roesten. Bijvoorbeeld, zure regen die zwavel bevat kan combineren met ijzer om pyriet moleculen te creëren, het gele mineraal genaamd "goudklets". Deze mineralen zijn niet wat we als roest beschouwen. Wat we meestal bedoelen is een type ijzeroxide (III), een die rood of roodbruin in uiterlijk is.

Wanneer we spreken van ijzer roesten, relateren we het niet altijd aan de chemische veranderingen die we waarnemen in andere metalen die we regelmatig gebruiken. We spreken niet van zilver of koper "roesten". In plaats daarvan, wordt gezegd dat koper een patina ontwikkelt, en zilver wordt gezegd aan te lopen. Al deze termen beschrijven blootgesteld metaal corroderen.

Waarom roest ijzer? Waarom roest koper niet?

Metalen corroderen door chemische reacties met hun omgeving. Geraffineerde, voor menselijke gebruik bestemde metalen zijn vaak niet in hun meest thermodynamisch stabiele vorm. Ze reageren met moleculen in de lucht om hen om een stabielere toestand te vinden.

Bij roestend ijzer is dit een proces van oxidatie, waar zuurstof en water werken om ijzeroxiden te produceren. Corrosie kan gebeuren met andere moleculen, echter. Zilveraanloop wordt vaak geproduceerd door reacties met waterstofsulfide, een gas dat ruikt als rotte eieren en geproduceerd wordt door bacteriële decompositie in zuurstofarme omgevingen. Als u zilver bij een moeras of bij een vuilstort heeft, zal het snel aanlopen!

Sommige metalen corroderen niet omdat ze al chemisch stabiel zijn. Goud en platina zijn voorbeelden: ze zijn meer geneigd als puur elementair metaal in de aardkorst gevonden te worden om deze reden. Zilver wordt ook als puur metaal gevonden, omdat wanneer het aanloopt, de aanloop zelf een thermodynamisch stabiele zegel creëert om de rest van het metaal. Deze passieve film voorkomt verdere corrosie van lagen dieper in, in een proces genaamd passivering.

Koper zijn patina, verantwoordelijk voor de kenmerkende groene kleur van de Vrijheidsbeeld, is een voorbeeld van een passieve film die het metaal eronder beschermt; de verdigris gevormd door de verwering van koper behoudt zijn binding aan de laag koper eronder, afdichtend en beschermend tegen atmosferische moleculen.

In tegenstelling, rode ijzeroxiden (III) binden niet aan het ijzer eronder, maar trekken er juist weg en vlokken af. Daarom biedt roest geen passiveringslaag, maar corrodeert weg, de volgende laag ijzer blootstellend aan oxidatie.

Sommige ijzer-gebaseerde legeringen, zoals roestvrij staal, zijn bekend om roestbestendig te zijn. Roestbestendige ijzerlegeringen hebben een metaal in de mengsel dat een passieve en beschermende film creëert voordat roest kan instellen. Voor roestvrij staal wordt passivering gecreëerd door de toevoeging van chroom, dat snel oxideert, en een heel dunne laag achterlaat die het ijzer beschermt.

Veelvoorkomende typen metaalcorrosie

Metalen corroderen in verschillende omgevingen door verschillende processen. De simpelste vorm van corrosie treedt op wanneer metalen reageren op vocht en lucht op hun oppervlak. In zoute omgevingen kan de aanwezigheid van chloor in het zout dit proces versnellen en modereren. In zure regen, kunnen zwavelverbindingen verantwoordelijk zijn.

Zoute omgevingen faciliteren ook een iets meer gecompliceerd proces genaamd galvanische corrosie. Bij galvanische corrosie, komen twee typen metalen met heel verschillende elektrische potentiëlen in elektrisch of fysiek contact in een elektrolytbad, zoals zeewater. Het meer passieve metaal, het kathodische metaal, trekt elektronen van het actieve of anodische metaal. Deze chemische reactie is een vorm van corrosie die ook de basis vormt van electrochemische batterijen.

Aluminium is een metaal dat meestal beschermd wordt door een passieve film tijdens corrosie. Echter, aluminium kan snel gecorrodeerd tot falen als het gebolt wordt met roestvrij staal schroeven, door galvanische corrosie. De staal schroeven, aan de andere kant, zullen meer weerstand bieden tegen roest! De anode's voorziening van een stroom elektronen voorkomt corrosie in het kathodische metaal. Om deze reden worden soms "offeraanoden" bevestigd aan metaal dat aan de zee blootgesteld zal zijn, zoals op een scheepsromp, om electrochemisch de scheepsmembraan te beschermen.

Pittingcorrosie is de term voor corrosie die niet uniform over een metaaloppervlak plaatsvindt. In plaats daarvan verschijnen kleine gaten in het metaal. Deze gebieden van snellere corrosie zijn meestal te wijten aan het falen van de "zeegel" op het materiaal, ofwel een kunstmatige zeegel zoals verf of poedercoating, of de passieve film zeegel van een top-laag corrosie. De passiveringslaag kan falen als er insluitsels in het metaal zijn, of de legering niet uniform is. Metaal is een kristallijne structuur gemaakt van korrels, en er zijn verschillende fasen van die korrelstructuren. Als de chemie onregelmatig of vervormd is, kan het plekken creëren die kwetsbaarder zijn voor corrosie, en zelfs galvanische corrosie door het lichaam van wat hetzelfde metaal is creëren.

Kan roestvrij staal roesten?

Roestvrij staal is een corrosieweerstandende ferroe legering die roest bestrijdt met de toevoeging van chroom. Verschillende chroompercentages worden gebruikt om het bestand te maken tegen normaal gebruik, of zwaar gebruik in zoute omgevingen, zoals met 316 roestvrij staal.

Echter, zelfs roestvrij staal kan roesten! Al het ijzer dat opgesloten zit in het metaal, heeft slechts blootstelling nodig om te reageren. Het steunt op de "afdichtende" passieve laag van chroomoxide om het te beschermen.

De chroomoxidelaag is slechts een paar moleculen dik, en het is niet onmiddellijk gevormd. Wanneer roestvrij staal gemaakt wordt, wordt het gereinigd met een zuur. Deze zuur verwijdert eventuele oppervlakte-ijzer, zout, of vetafzettingen die een probleem zouden kunnen veroorzaken voor de chroom chemische reactie. Afhankelijk van het type zuur gebruikt, kan het ofwel deel zijn van het passiveringsproces, of het staal slechts voorbereiden om natuurlijk in de lucht te passiveren.

Omdat deze passieve film een chemisch product is, kan het ontwricht worden. Zeer hoge hitte boven 750°F kan moleculaire veranderingen in het chroom veroorzaken die oxidatie voorkomen, dus roest kan instellen rond de lasplaats op roestvrij staal. In andere gevallen kan de chroomoxidelaag gecompromitteerd worden door snelle thermische verandering, abrasie, breuk, zout, zuur, en de opbouw van andere metaalafzettingen. Als het roestvrij staal in contact komt met te veel ijzer, kan het gelokaliseerde percentage chroom onder het minimum percentage vallen dat nodig is om een film te handhaven (ondergrens 10,5%).

Daarom kan schuren van roestvrij staal met staalwol, een roestprobleem erger maken! Als het chroom weggesleurd wordt, kunnen staalmoleculen van de schroef onderdeel worden van het basismetaal, wat de lokale chroominhoud verlaagt. Wanneer de passivering faalt op roestvrij staal, en ijzer blootgesteld wordt aan water en lucht, stelt roest in.

Hoe roest van roestvrij staal te reinigen

Advies over het reinigen van roestvrij staal suggereert vaak dat u "voorzichtig moet zijn met het kraken van het chroomoppervlak", en daarom adviseert tegen het gebruik van abrasieven en andere chemicaliën. Dit is niet helemaal correct: de roest is indicatief dat het chroomoxide oppervlak al geschonden is. Het doel van het reinigen van roest van roestvrij staal in de niet-industriële context (thuis of in een kleine commerciële keuken), is om het roestvrij legering volledig schoon te maken, alle roest te verwijderen maar ook alle ijzerafzettingen, zout, vet, of zuur, en dan het materiaal te laten "auto-passiveren", betekent reageren met lucht om de zegel opnieuw te vormen. Wegblijven van alle vormen van ijzer en staal bij dit doen is één manier om tevreden te zijn met het resultaat.

Om roest van roestvrij staal te reinigen:

Een mild abrasief zoals bakpoeder kan gebruikt worden om het oppervlak te schrobben, met een doek, spons, of zachte borstel, om de roest te verwijderen.
Naarmate de roest en eventuele verontreinigingen verwijderd worden, zal het chroom auto-passiveren, onmiddellijk, zijn eigen beschermende schild creërend.
De laag chroomoxide wordt dikker over de volgende paar dagen, dus 's nachts aan de lucht laten drogen helpt de bescherming opbouwen!
Na een goede afspoeling, kan het roestvrij staal aan de lucht gelaten worden om te drogen, of gereinigd en gepolijst met een aangepaste roestvrij staal reiniger.

In productieomgevingen wordt roestvrij staal soms gereinigd in een heet bad van azijnzuur, wat een "gedwongen" dikkere laag van passivering "afdwingt". Om milieureddenen verplaatsen veel fabrikanten momenteel naar het gebruik van citroenzuur voor reiniging, zoals vaker thuis voorkomt, en laten het roestvrij staal dan "auto-passiveren".

Hoe roest van gietijzer en staal te verwijderen

In tegenstelling tot het verwijderen van roest van roestvrij staal legeringen, kan het gebruik van staalwol of draadborstel helpen roest van gietijzer of staal te verwijderen!

Voor eenvoudige, kleinere oppervlakken, zoals verroeste gietijzer pannen:

Een schuimende spons en een beetje elleboogvet kan de ijzeroxidelaag verwijderen. Zout is een veelgebruikt abrasief.
De pan moet dan goed gewassen worden.
De pan moet gedroogd worden over hitte, zodat alle poriën van het oppervlak van vloeistof bevrijd worden.
Gietijzer moet gezonen worden met olie, wat een polymere zeegel vormt wanneer gebakken op het oppervlak.
Deze olie kan in een dunne laag over het oppervlak geschilderd worden en dan gebakken (omgekeerd om pooling te voorkomen) bij 375°F gedurende 1 uur. Additionele lagen kunnen toegevoegd worden indien gewenst.
Voedselwaardige lijnzaadolie is de ideale keuze in seizoensolien, biedend een harde, glanzende afwerking.

Schrobben is niet praktisch voor veel objecten van complexe vormen of maten. In dit geval kunnen chemische verwijderingsmethoden de beste aanpak zijn. Ze hebben variabele effectiviteit, afhankelijk van het type legering betrokken. Gewone huishoudelijke ingrediënten zoals azijn, melasse, of citroenzuur kunnen gebruikt worden. Melasse is een verrassende keuze, en het duurt langer dan azijn — maar het kan redelijk effectief zijn, aangezien het afbreekt in oxalzuur, wat helpt roest te verwijderen.

Commerciële roestverwijderingsproducten — vaak gemaakt met sterkere zuren — zijn ook beschikbaar. Weken in deze vloeistoffen en dan verwijderen en drogen kan effectief zijn in het herstellen van oude verroeste schatten.

Zoals met gietijzer pannen, is het belangrijk om te overwegen hoe uw staal en ijzer beschermd zullen worden van de elementen nadat ze schoongemaakt zijn.

Ferrode metalen beschermen

IJzer, in de aanwezigheid van lucht en water, zal roesten. Dit betekent dat zolang de mensheid ijzer bewerkt, we ook gewerkt hebben aan de beste zeegels voor ijzer. Er zijn veel manieren om een strakke laag te creëren.

Geforceerde passivering — Een heel veelvoorkomende vorm van het afdichten van ijzer of staal is om de eerste laag te corroderen in een ijzeroxide (II), of zwarte oxide, wat werkt als andere metaalpatina's en het metaal afdicht. Het enige verschil tussen dit proces en wat met koper, zink of chroom gebeurt, is dat het niet onder reguliere omgevingscondities gebeurt. Daarom, als de bovenlaag op het item geschonden is, moet het hele item herbewerkt worden. Dit is bekend als "bluing" wanneer gedaan met geweren door één proces, of "blackening" in de meeste machinewerkplaatsen, door een vergelijkbaar proces maar iets andere chemicaliën. In koude verzwartingsprocessen kan ijzeroxide (II) over het oppervlak geschilderd worden, wat iets minder duurzame bescherming biedt.

Regelmatig gebruik en verzorging, inclusief oliën of wassen — Sommige werkend ijzer of staal wordt grotendeels rauw gelaten, waar gebruik, verzorging, of omgeving ze schitterend houdt. Traditioneel, wapens zoals zwaarden en uitrusting zoals messen zouden "rauw" gelaten kunnen worden, maar zouden gedroogd en geolied worden met minerale of kookoliën, wat tijdelijke zeegels zijn die regelmatig herhaald moeten worden. Voor lange opslag, kunnen wassen en andere polituren gebruikt worden om een zeegel te creëren — maar een die nog steeds met gebruik zou slijten.

Motoronderdelen blootgesteld aan regelmatige olie kunnen rauw gelaten worden, aangezien de hitte en olie rond de motor ze onwaarschijnlijk maken om te roesten, maar buitenoppervlakken kunnen geschilderd worden. De uitlaatsystemen van auto's vertrouwen op de hogere temperaturen van een volledig warme motor om corrosie te voorkomen, en dus lang genoeg rijden voor het motorblok om op te warmen is een manier om roest in een demper te voorkomen. (In high-performance race motors, kunnen de binnenkant ook geschilderd worden, maar dit is meestal om de oliecirculatie te helpen.)

Toegepaste zeegels — Veel ijzer en staal producten worden beschermd door gecoat te worden in een harde laag van een ander materiaal. Deze omvatten:

Gepolymeriseerde olie: Lijnzaadolie (gemaakt van vlas, maar niet tot voedselkwaliteit) was een van de oorspronkelijke afwerkingen voor gesmeed ijzer producten. Een smid mocht in olie quenchlen of een object met olie schilderen en dan verbranden, wat de traditionele zwartbruine glans geeft die we nog steeds namaken op gesmeed ijzer — meestal met lakken, verf, of vernissen.
Warmtegalvaniseren (Hot-dip galvanization): In dit proces wordt zink op staal of ijzer in een gesmolten bad aangebracht. Zinkgalvanisatie heeft verschillende beschermende eigenschappen. Ten eerste, het creëert een patina, die zowel het zink als het ijzer of staal eronder afdicht. Ten tweede, het is meer "actief" dan de metalen waar het op toegepast wordt. Over de levensduur van een gegalvaniseerd staal object, fungeert het zink als de "offeraanode". Terwijl het degradeert, beschermt en vertraagt het de corrosie van het staal eronder, zelfs als dat staal blootgelegd zou worden.
Elektroplaten: Zink kan op staal aangebracht worden niet door een dip-bad, maar door elektrische lading door het staalobject te laten lopen, en het object te besproeien met geladen zinkdeeltjes. Dit veroorzaakt elektrische binding die uniform en ononderbroken is over het oppervlak van het metaal.
Poedercoating: Het proces voor het aanbrengen van poedercoating is als dat van zink aanbrengen in dat het object en het zeegelmiddel beide elektrostatisch geladen zijn, wat een moleculaire binding betekent zonder zelfs de kleinste onderbrekingen die vocht door zouden laten. De harsachtige poedercoating wordt dan in een hete oven op het object gebakken. De coating zal jarenlang glans behouden, superieure bescherming bieden en minimaal onderhoud vereisen.
Verf: Zowel binnen als buiten, en zelfs in het hart van high-performance motors, is verf een populaire en veelzijdige zeegel. Als goedkope zeegel doet het nog steeds een heel goed werk bij het beschermen van ijzer en staal tegen de elementen. Wanneer het kraakt en verslijpt, is het simpel genoeg om te schuren en opnieuw aan te brengen. Verf's nadeel is zijn eigen neiging om te kraken en te vlokken in het weer: zelfs een klein gat in de zeegellaag kan het roestproces eronder starten. Echter, deze nadelen zijn soms beheersbaar over de levensduur van een onderdeel of als onderdeel van een regelmatig onderhoudsroutine.

Omgaan met metaalobjecten

Metaal is een klassiek duurzaam materiaal, gebruikt om objecten en structuren te creëren die over vele levensduur duren. Toch zijn de meeste metalen nog steeds kwetsbaar voor corrosie en electrochemische afbraak. Bij het beginnen van een project, laat overweging van de omgeving waarin het metaal zal zijn, een ontwerper het metaal kiezen dat het best zal houden in die condities.

IJzer is erg gevoelig voor oxidatie, en roest zal meestal instellen met de minste aanwijzing van water en zuurstof. In tegenstelling tot andere metalen, zal deze oxidatie geen eigen afdichtende passieve laag vormen. Daarom worden zeegels meestal gebruikt met ferrode metalen. Het vinden van het juiste type en een oog houden op het metaal over de decennia van zijn gebruik kan helpen de levensduur van elk metaalobject te verlengen.

Polyethyleen kunststof: Alledaagse toepassingen, typen en eigenschappen Vergroot veiligheid en esthetiek met duurzame kunststof bollard-behuzingen

Metaal

Hars

vezel

Samengesteld materiaal