Удаление ржавчины — вопрос, который волнует умы очень многих. От автолюбителей до профессионалов.

Ржавчина

это не хаотичный налет, а строго структурированная многослойная система оксидов и гидроксидов железа. Ее формирование продиктовано градиентом диффузии кислорода: чем глубже к металлу, тем меньше степень окисления железа.

Раздел для тех, кто хочет детально разобраться в процессе образования ржавчины.

Появление ржавчины. Электрохимическая составляющая.

Как только на поверхность железа попадает вода, мгновенно образуется маленькая «химическая батарейка». Процесс начинается с образования гальванических пар на поверхности металла.

1. Анодный участок (плюс): Железо переходит в ионную форму:

Fe→ Fe² +2e¯.

2. Катодный участок (минус): Электроны поглощаются кислородом в присутствии воды:

O2+2H2O+4 e¯→4OH¯.

3. Первичный продукт: Образуется крайне нестабильный гидрат закиси железа  Fe(OH)2, который мгновенно начинает эволюционировать в зависимости от условий среды.

В зрелой ржавчине (особенно если металл подвергался нагреву или длительному атмосферному воздействию) выделяют пять основных зон.

Послойная структура ржавчины.

Последовательность от поверхности вглубь к металлу:

Лепидокрокит (γ-FeOOH) 

1. Вид: Ярко-оранжевые чешуйки. Это как раз тот слой, который большинство и считает ржавчиной.
2. Образуется в условиях избытка кислорода и влаги. Имеет слоистую решетку с очень слабыми связями, что делает его механически неустойчивым.

Гётит (α-FeOOH) — «Стабилизированный слой»

1. Вид: Буро-коричневый, охристый.
2. Химия: Продукт старения лепидокрокита. Это наиболее термодинамически устойчивая форма гидроксида. Он плотнее предыдущего и составляет основной объем «старой» ржавчины.

Гематит (α-Fe2O3) — «Химический барьер»

1. Вид: Твердая серо-красная или стальная корка.
2. Обезвоженный оксид железа (III). Образуется либо при очень долгом хранении ржавчины («усыхание»), либо при нагреве. Обладает крайне высокой кристаллической плотностью.

Магнетит (F2O3) 

Вид: Плотный черный слой.

1. Смешанный оксид (FeOFe2O3). Формируется в условиях дефицита кислорода (диффузия затруднена верхними слоями). Это самый прочный и электропроводный слой.

Вюстит (FeO) 

1. Вид: Темно-серый матовый слой на границе с металлом.
2. Химия: Оксид железа (II). Существует только если металл нагревался выше 570°C. Он имеет дефектную структуру (нестехиометричен), что делает его «слабым звеном» при травлении сильными кислотами.

Главная проблема удаления ржавчины заключается в том, что разные слои по-разному реагируют на реагенты.

Большинство удалителей, преобразователей и консерваторов коррозии (ржавчины), которые можно купить в магазинах и на маркетплейсах содержат ортофосфорную кислоту, как основной ингредиент удаляющий ржавчину. И мы часто наблюдаем, как в своих видеорекламах или видео отзывах потребителей, после нанесения таких гелей или цинкарей, на поверхности удаляется верхний слой ржавчины (лепидокрокит, гетит), а нижние слои гематита и магнетита остаются не тронутыми.

И почему-то, это считается нормой! Сложилось впечатление, что маркетинг победил разум.

Удаление ржавчины. Почему ортофосфорная кислота неэффективна?

• Гематит и магнетит создают барьер. Эти оксиды имеют плотную упаковку атомов в решетке. Ортофосфорная кислота — кислота средней силы, ей не хватает силы, чтобы эффективно разрушить связи в гематите и магнетите.

• Образование нерастворимых фосфатов. При контакте с оксидами ортофосфорная кислота образует фосфат железа (FePO4). Это соединение практически нерастворимо. Оно «запечатывает» поры в ржавчине, создавая защитный «лак» поверх недотравленных слоев. Причем, интересно, что от момента нанесения кислоты до запечатывания пор в ржавчине проходит примерно 15 минут. Поэтому производители удалителей и рекомендуют повторить процедуру через 15-20 минут.

Почему магнетит под слоем фосфатирования — это мина замедленного действия?

Многие считают, что если после обработки ортофосфорной кислотой поверхность металла стала темно-серой или черной, то ржавчина «преобразовалась» в защитный слой. С точки зрения фундаментальной химии это опасное заблуждение. Если под слоем фосфатов остался магнетит, коррозия не остановлена — она просто ушла в «партизанский» режим.

Разность потенциалов

Главная проблема магнетита — его высокая электропроводность. В отличие от рыхлой рыжей ржавчины (гидроксидов), которая является диэлектриком, магнетит ведет себя почти как металл.

В электрохимической паре «Железо — Магнетит» возникает значительная разность потенциалов (гальванопара). Магнетит является катодом (он более благороден), а чистое железо под ним — анодом.

Как только в микропору или трещину фосфатного слоя попадает ничтожное количество влаги, замыкается гальванический элемент.

Железо начинает активно отдавать электроны магнетиту и растворяться.

Результат: под внешне целым защитным слоем образуются глубокие язвы и каверны.

Неполное удаление ржавчины. «Эффект губки» и объемное расширение

Магнетит имеет пористую структуру на микроуровне. Ортофосфорная кислота, обладая высоким поверхностным натяжением, часто не проникает на всю глубину магнетитового слоя. Она реагирует лишь с его поверхностью, создавая тонкую пленку фосфата железа.

Что происходит дальше:

• Запечатывание влаги: Фосфатная корка «запирает» остаточную влагу и соли внутри пор магнетита.
• Гидратация: Под действием внутренней влаги магнетит начинает медленно переходить в гидроксиды (гётит).
• Разрушение изнутри: При переходе из плотного магнетита в рыхлый гётит объем соединений железа увеличивается в 2–3 раза. Это создает колоссальное внутреннее давление, которое просто «взламывает» слой краски или лака изнутри.

Большинство людей скажет – «Я просто сверху нанесу краску три в одном и ни какой магнетит или гематит не страшен». Но здесь кроется ещё одна опасность.

Что такое краска или грунт?

Это полимеры. Газопроницаемость полимеров научно доказанный факт. Все полимеры представляют из себя органические сетки, которые работают как полупроницаемые мембраны, через которые пусть и с трудом, но проникает вода и кислород прямо к металлу.

Как это примерно выглядит на практике. Сверху на лак или краску прилипла молекула воды или кислорода. Затем она внедряется внутрь и совершает прыжки между пустотами в молекулярной сетке полимера, добираясь, потихонечку-помаленечку, до металла. Да, ей мешают ингибиторы и пассиваторы, но только если между металлом и краской хорошее химическое соединение, мы его ещё называем адгезией. Тогда влага и кислород доходят до металла и остаются там в приграничном слое как отдельные молекулы, или их связывают ингибиторы. А вот если у поверхности металла микропустота в виде пористого магнетита, там образуется капелька воды. И все – начинается коррозия.

Последствия. Подслойная коррозия.

Если покрасить металл, на котором остались частицы магнетита после неудачного травления фосфорной кислотой, произойдет следующее:

Через 3–6 месяцев краска начнет вздуваться «пузырями» (оспинами).

При вскрытии пузыря обнаружится не чистый металл, а черный порошок (магнетит) и рыжая кашица (продукты его дальнейшего окисления).

Адгезия (сцепление) краски в этом месте будет нулевой, так как магнетит — это механически чужеродное тело, не связанное прочно с кристаллической решеткой чистого железа.

Вывод. Удаление ржавчины должно быть полным!

Оставлять магнетит под слоем преобразователя ржавчины — значит гарантировать повторное появление коррозии в кратчайшие сроки. Для качественной подготовки металла магнетит должен быть удален полностью.

Да потому, что это просто, дешево и очень выгодно. Достаточно смешать ортофосфорную кислоту с водой, загустителем и расфасовать в банки. А в инструкции написать, что после каждого нанесения на ржавчину геля и выдержке 15-20 минут, Вам, дорогой читатель, нужно снять гель и в случае не полного удаления оксидов железа, металлической щеткой поскрести поверхность магнетита (что бы убрать пленку фосфатов) и вновь нанести гель. И судя по видео отзывам в интернете таких процедур нужно сделать минимум 4-5. Вот вам и выгода. Вместо нанесения одного слоя, нужно пять. И значит расход геля увеличивается в 5 раз!

Если Вы думаете, что маркетинг не может победить разум, то вот вам ещё один пример.

Удаление ржавчины. Расход материалов.

Почитайте этикетки с преобразователей и «удалителей» ржавчины (можно найти в интернете). Как правило, все эти гели и пасты упакованы в небольшие емкости по от 40 до 500 мл. Производитель обычно указывает расход геля на метр квадратный. Когда мы приобрели несколько таких преобразователей самых разных известных производителей и почитали этикетки, то хохотали всем коллективом, как над самым смешным анекдотом.

Вот, например, производитель пишет, что для удаления ржавчины нужно нанести гель толщиной 1-2 мм. В баночке 250мл. Затем указывает, что расход 250 мл на 2 квадратных метра поверхности!!! Если просто взять калькулятор и посчитать объем любого вещества на 1 квадратном метре толщиной в 1 мм это выходит 1000 мл, то есть – 1 литр. Соответственно 2 мм геля, это 2 литра. Вы скажете, что можно ведь размазать эти 250 мл тонким слоем на 2 квадратных метра.

Да можно, но в химии есть законы – для растворения оксидов нужно определенное количество кислоты. Да и высохнет этот гель за 5 секунд при очень малой толщине.

Поэтому действительно оптимально наносить 1-2 мм.

Так на какую же площадь можно нанести 250 мл геля для удаления ржавчины?

На квадрат размером 50х50см если наносить 1мм и на квадрат со стороной 35х35см. толщиной 2 мм. Если же у вас была сильно ржавая поверхность и пришлось наносить пять раз, что бы убрать магнетит и гематит, то вы сможете очистить поверхность при 1мм геля – 22х22см, а при 2мм – 16х16см.

Если вы думаете, что такой расход указан только у одного производителя, то спешу вас огорчить – у ВСЕХ!!! Хотя один известный и разрекламированный продавец вообще не пишет расход. Вот интересно? Купите вы, дорогой читатель, баночку в 250 мл за приличную сумму, что бы убрать ржавчину на поверхности величиной 16х16см?

Вот и получается, дорогой читатель, что все эти гели, пасты, цинкари и т.п. с ортофосфорной кислотой против старой ржавчины бессильны. А ведь именно для нее и покупаются эти гели. Потому что удаление НЕ старой ржавчины происходит обычной щеткой или болгаркой за считанные минуты.