Понимание стадий ржавления: от образования до предотвращения

Для некоторых металлов ржавление может быть полезным

Как материал, удовлетворяющий жестким промышленным требованиям и предлагающий привлекательную эстетику, металл используется для изделий повсюду. Металлы обладают устойчивостью и прочностью в тяжелых применениях и материалах для благоустройства. В инфраструктуре металл можно стилизовать универсальными способами, чтобы вписаться как в традиционную, так и в современную среду.

Когда высококачественные новые металлы впервые прокатаны или отлиты, металл обычно имеет один единый цвет поверхности и никаких признаков травления или питтинга. Благородные металлы, такие как золото или платина, сохраняют эту единую, безупречную поверхность в большинстве сред. Однако неблагородные металлы проходят процесс окисления при воздействии влажного воздуха. Это окисление может быть коррозионным, медленно пожирающим металл, или оно может создать поверхностную патину, которая меняет вид металла, но защищает целостность его структуры.

Металлы и окисление

Окисление происходит со временем, когда сырой металл воздействует воздух и влагу атмосферы. При образовании постоянной патины поверхность металла формирует налет — комбинацию твердых минеральных покрытий и коррозионных отложений. Патины могут давать множество разных оттенков, тонов и цветов, потому что химический состав каждой патины уникален для сплава и его воздействия элементам. Ржавление относится к оксидам, образующимся на железе и стали: коричневые, черные и характерные рыхлые красные элементы ржавевшего железа и стали — это разные типы оксидов железа.

Патина может добавить характер памятнику или архитектурному элементу и придать ему историческое присутствие. Возьмите Статую Свободы, знаковый символ свободы и демократии — ее насыщенный сине-зеленый оттенок вызван окислением. Внешний слой статуи состоит из меди. Когда она была собрана, она была единообразно коричневой. Со временем окисление и выветривание привели к тонкому слою карбоната меди на поверхности, иногда называемому вердегрисом, создав уникальный цвет, достигший сегодня.

Некоторые сплавы держатся лучше других когда речь идет об окислении. В стали ржавление обычно инвазивно и коррозионно, пожирая и травля металл. Меры по предотвращению коррозии должны выполняться на протяжении всего срока службы. Однако для сплавов таких как чугун, медь, алюминий, хром и цинк, оксиды могут формировать покрытие, защищающее металл от дальнейшей атаки. Этот тип окисления не опасен, и его способность менять цвет металла часто ищется за его рустикальным обаянием.

Не все ржавление инвазивно

Обнаружение следов ржавления на поверхности металла не означает, что его структурная целостность нарушена. И сплав, и способ подготовки металла определяют, будет ли окисление инвазивным или нет. В сплавах таких как чугун, алюминий и медь окисление может создавать прочные и защитные соединения, предотвращающие питтинг базового металла.

Стадии ржавления

Стадия 1

На первой стадии ржавления на поверхности металла становятся заметны красные, черные или белые отложения. Обычно это появляется небольшими пластырями, так как общий цвет поверхности металла становится более пестрым и менее единообразным. В чугуне это первый шаг к формированию постоянной патины. Нержавеющая сталь зависит от хромового оксида как защитной пленки, а не от оксида железа, поэтому это ржавление — провал защитной пленки. Тем не менее, в нержавеющей стали стадия 1 представляет поверхностную проблему, которую можно легко устранить при желании.

Стадия 2

Для сталей и некоторых типов железа стадия 2 представляет первую реальную деградацию металла, так как налет начинает формироваться с молекулами, составляющими первые слои металла. Во многих черных металлах этот налет неравномерен и начинает процесс питтинга или травления, который начинает ослаблять материал. В чугуне формируемый налет равномерен и не приводит к травлению или питтингу.

На этой стадии образуется несколько оксидов. Ярко-оранжево/красный оксид железа (III), который мы ассоциируем с ржавчиной, можно смыть щеткой. Он оставит порошковистый красный пигмент на руках или дождевой воде. Отсутствие адгезии этого оксида связано с тем, что молекулы красного оксида железа больше, чем молекулы чугуна, создавшие их.

Однако в хорошо подготовленном чугуне оксиды, которые не шелятся и не смываются, также формируются равномерно. Они темнее, обычно коричневые или медные по цвету. Этот слой ржавчины накапливается равномерно, так что целостность базового металла не нарушается.

Стадия 3

На стадии 3 все поверхностные молекулы, формирующие красные оксиды железа, задействованы и находятся в порошковом или гранулярном состоянии. Налет продолжает расти. По medida что ржавящая пыль красного железа ослабевает и отсыпает, оставшиеся более темные оксиды железа остаются в виде прочного запечатывающего слоя. Цвет металла темнеет до бронзового или темно-коричневого, пока ярко-оранжевое и красное смываются. Со временем эта патина распространится по всей поверхности. После достижения патины она становится постоянной и защитной, и не требует обслуживания.

Время, необходимое для патинирования, зависит от типа сплава, износа и окружающих условий влажности. Для сплавов таких как чугун, патинирование происходит довольно быстро. Металлические изделия у океана также будут патинироваться быстро, так как они подвергаются высоким уровням влажности и соли в воздухе по сравнению с теми, что в более сухих средах.

Патины на тактильных плитах-индикаторах

Существуют определенные изделия для наружного благоустройства, где ржавящая патина приветствуется, так как эффекты на цвет жизненно важны для их производительности. Это касается тактильных плит-индикаторов (detectable warning plates), формы тактильного покрытия, где цветовой контраст критичен.

Тактильные плиты-индикаторы дают сигналы о городской навигации слабовидящим пешеходам, сигнализируя об изменении уровней или переходе от тротуара к проезжей части. Усеченные купола на плитах чувствуются под ногой, а патина на плитах обеспечивает четкий цветовой контраст с окружающим покрытием.

Хотя цветовой контраст мог быть достигнут краской или порошковой покраской, нет более легкой альтернативы, чем оставить плиты сырыми, чтобы развилась естественная патина. Это означает, что плиты не будут требовать обслуживания или подкраски на протяжении всего срока службы, а патина также предложит защиту от вредного питтинга.

Работа с ржавчиной

Первый шаг к оценке ржавчины — осознать, что она не всегда угроза, и не обязана быть некрасивой. Для многих сплавов ржавление или патинирование — практичное решение для устранения долгосрочного обслуживания. Сплав защищен тонким оксидным слоем, и эксперименты с патинами позволяют различным оттенкам и тонам ожить. На протяжении истории люди играли на способности металла патинировать, а не работали против нее, используя способность природы защищать и улучшать.