Химическими способами удаления ржавчины

Самые популярные способы быстрого избавления от ржавчины на металле

Домашний мастер в своей работе использует самые разные заготовки, часто они хранились не в самых лучших условиях. Поэтому довольно актуален вопрос о том, как быстро убрать ржавчину с металла в домашних условиях.

Некоторые сразу не могут найти оптимальный путь. Часто используют народные средства, проверенные временем, для решения проблемы борьбы со ржавчиной.

Немного химии для понимания процесса образования ржавчины на металле

Ржавчина – это продукт окисления железа. Чаще всего он представляет собой химическое соединение Fe₂O₃. Этот окисел придает рыжеватый оттенок. Однако часто можно наблюдать и темные вкрапления.

Они свидетельствуют о том, что у металла имеются не только трехвалентные свойства, а также и двухвалентное. Поэтому окись запишется химической формулой FeO.

На основании многочисленных исследований установлено, что превалирует Fe₂O₃. Оно встречается в 85…88 % случаев.

Информация для любознательных. Железо выплавляется из руды. Ее принято обозначать в виде соединения Fe₃O₄, но эта формула не дает реальной картины. В природе соединение возникает в доменных печах при температуре выше 850 ⁰С.

Железо на открытом воздухе активно взаимодействует с кислородом воздуха. Поэтому окисная пленка образуется довольно быстро. На практике для предотвращения окислительных процессов производят защиту поверхности металла.

Плотность пленки окислов может быть различной. Если стальной предмет в течение длительного времени находился на открытом воздухе, то металл может быть весь пронизан дырами, состоящими из окисла (ржавчины). Фактически полностью теряет свои свойства.

Предметы, недавно оказавшиеся без дополнительной защиты, покрываются только тонким налетом. Толщина окисной пленки измеряется микронами. В подобном случае прочность ее сцепления незначительная. Она легко снимается с поверхности.

При выплавке железа из руды под действием высокой температуры протекают процессы восстановления металла углеродом и водородом:

• 3Fe₂O₃ + CO = 2Fe₃O₄ + CO₂;
• Fe₃O₄ + CO = 3FeO + CO₂;
• FeO + CO = Fe + CO₂;
• 3Fe₂O₃+ H₂ = 2Fe₃O₄ + H₂O;
• Fe₃O₄ + H₂ = 3FeO + H₂O;
• FeO + H₂ = FeO + H₂O

Кроме образования чистого железа Fe, в доменном процессе образуется карбид железа Fe₃C. Реакция его образования происходит при температуре 950…1000 ⁰С.

3Fe + 2СО = Fe₃C + СO₂.

В дымовом газе присутствуют окись углерода СO₂ и водяной пар H₂O. При температуре 1536 ⁰С происходит плавление железа Fe.

В природе происходит обратный процесс. При этом чугун из-за высокого содержания карбида железа окисляется в несколько раз медленнее, чем сталь.

Важно! Сталью считают механическое соединение железа с углеродом при условии содержания не более 2,14%. При увеличении содержания углерода сплав представляет собой чугун.

Способы удаления ржавчины с поверхности металла

Удалить ржавчину металла можно разными способами:

1. Механическим путем очистить ржавчину стараются, используя щетки или абразивные материалы. Сравнительно невысокое сцепление окислов со сталью позволяет довольно эффективно их устранять с поверхности разных изделий.
2. Химическими реагентами растворяют окислы. В результате взаимодействия Fe₂O₃ и FeO с кислотами образуются соли железа. Таким способом легко избавиться от окисной пленки.
3. Термической обработкой добиваются нагрева всего изделия. Коэффициент теплового расширения металла и окислов различны, поэтому происходит отслоение поверхностного слоя ржавчины. Охлаждая металлическое изделие в потоке жидкости или воздуха, добиваются разрушения окисляющих покрытий. Они сами осыпаются вниз.

Реализуются способы с помощью разных устройств и реагентов.

Механическое удаление ржавчины

С проблемой наличия ржавчины постоянно сталкиваются на заводах металлоконструкций.

Хранение металлопроката на базах происходит на открытом воздухе. Сырье подвергается воздействию влаги и воздуха, ржавый след образуется довольно быстро.

Ручные щетки для удаления ржавчины

При небольших объемах производства используют самые простые щетки с металлическим ворсом. Они различаются по жесткости щетины (проволоки), а также способу крепления в рукоятке.

Некоторые металлические щетки имеют покрытие на поверхности щетины из латуни. При обработке возникает эффект переноса медно-цинкового сплава на обрабатываемую деталь. Образующая пленка в дальнейшем защищает деталь от окисления.

Для безопасного выполнения работы детали фиксируют на верстаках в специальных приспособлениях или в тисках. Обязательно надевают защитные очки или маски. На руки надевают перчатки.

Механические щетки для обработки стальных изделий

При наличии электроинструмента или устройств с пневматическим приводом используют механические щетки. Их изготавливают в радиальном и торцевом исполнении.

Для установки в патрон электродрели или шуруповерта щетки оснащают цилиндрическим хвостовиком. При использовании углошлифовальной машинки (УШМ) на инструменте создается резьба М14. Ее наворачивают на приводной вал.

При кажущейся простоте работать с механическими щетками довольно сложно. Инструмент старается вырваться из рук. Поэтому используют специальные оправки и направляющие, они помогают рабочему удерживать в руках сложное техническое устройство.

При необходимости обрабатывать заготовку со всех сторон приходится ее позиционировать в разных положениях. Специальные фиксаторы позволяют жестко закреплять деталь на рабочем столе. Инструмент подносится к поверхности детали разными способами, что помогает вывести фрагменты ржавой пленки за пределы зоны обработки. Скорость воздействия может достигать нескольких метров в секунду.

Внимание! При механическом удалении ржавчины образуется большое количество металлической пыли. Поэтому необходимо защищать органы дыхания от ее попадания. Подразумевается, что у рабочего защищено лицо и руки.

Пескоструйные установки для удаления загрязнений и ржавчины

В крупносерийном и массовом производстве для обработки большого количества изделий и полуфабрикатов применяют пескоструйные аппараты. В качестве рабочего тела используется песок. Он направляется на поверхность деталей с высокой скоростью мощным воздушным потоком.

Песчинки ударяются о поверхность. Присутствующая ржавчина отлетает небольшими фрагментами. Так как скорость ударного воздействия довольно высокая, то процесс происходит довольно быстро. В течение нескольких секунд очищаются значительные площади. Деталь после подобной обработки приобретает металлический блеск.

Отработавший песок собирается в емкость. В нем присутствуют сбитые частицы ржавчины, они тоже используются в последующих процессах очищения стальных деталей.

Обработка в грохотах для очистки заготовок от ржавчины

На многих предприятиях очистку изделий и заготовки от ржавчины производят в грохотах. Это специальные машины (чаще всего ротационного типа), в них детали контактируют с абразивом (песком). В результате с поверхности оттирается ржавчина.

Обрабатываемые детали находятся внутри сетчатых вращающихся цилиндров. При вращении происходит скатывание деталей по поверхности. Высота падения зависит от диаметра, и угловой скорости вращения.

Производительность грохотов измеряется десятками тонн заготовок в течение часа. В домашних условиях изготавливают вибрационные столы. На них детали и абразив взаимодействуют между собой. Производительность ниже, но для условий домашнего производства достаточная.

Химические способы удаления ржавчины с металла

Химическое смывание ржавчины основано на растворении окислов железа кислотами. В дальнейшем происходит смыв растворенных частиц с поверхности деталей.

Использование уксуса для смывания ржавчины

Уксусная кислота относится к органическим соединениям. В концентрации 5…10 % она активно растворяет окислы металлов. При использовании концентрированной кислоты реакция происходит довольно бурно. Замечен даже небольшой нагрев в зоне контакта. Однако, рекомендуется использовать разведенную уксусную кислоту. Раствор медленно, но качественно проникает вглубь ржавого слоя.

Используют разные способы подвода активного компонента к металлу:

• Окунание применяют при небольших размерах детали и наличии емкости, где можно налить кислоту. Необязательно даже полностью погружать изделие в раствор. По мере удаления окислов поворачивают заготовку, позволяя разным частям контактировать с раствором. После проведения растворения окислов нужно только отмыть поверхности от остатков кислоты.
• Если размеры не позволяют опустить изделие в емкость, то применяют способ протирания влажными губками. Намачивают кубку в кислоте и протирают поверхность. Здесь совмещается механическое удаление с химическим растворением. Для сбора раствора подставляют небольшие емкости, куда и стекает отработавшая жидкость.
• Небольшой подогрев до температуры 40…50 ⁰С позволяет активизировать процесс. Проще нагревать металл, используют электрический фен. Потом на нагретую поверхность наливают кислоту. Небольшая разность температур помогает быстрее отшелушить частицы ржавчины и растворить их.

Внимание! Обрабатывая металл кислотой, следует помнить, что пары уксуса раздражают дыхательные пути и могут вызвать отравление. Работу нужно проводить в проветриваемом месте или при наличии эффективной вытяжки.

Лимонная кислота

На практике растворяют лимонную кислоту в воде. Полученным раствором протирают детали. На практике используют сравнительно слабые растворы, концентрация не более 5 %.

Чтобы активизировать процесс удаления ржавчины, дополнительно используют поваренную соль. Ее кристаллы помогают механическому отшелушиванию фрагментов окислов. Некоторое повышение плотности жидкости (соль растворяется при выполнении процесса) помогает выносить частицы ржавчины из неровностей и впадин.

Некоторые мастера не готовят специальные растворы, а используют натуральный лимон.

1. Разрезают его пополам.
2. Смачивают поверхность детали соком фрукта.
3. Протирают ветошью или самим фруктом.
4. Добавляют соль, чтобы очистить поверхность быстрее.

По утверждению мастеров этот способ эффективнее многих других.

Использование пищевой соды

Пищевая сода относится к щелочам. Но ее довольно часто используют, чтобы растворять железные окислы. Объясняется довольно просто. В соде присутствует натрий. Он химически более активен, чем железо. Поэтому происходит преобразование окисла в гидроксид железа (Fe(OH)₂ и Fe(OH)₃). Это вещество растворяется в воде и выносится из зоны обработки.

Как показывает практика, лучше всего готовить не раствор, а пасту. В пищевую соду добавляют небольшое количество воды. В результате получается масса с высокой концентрацией активного вещества.

Будучи нанесенной на металлическую поверхность, эта паста довольно эффективно растворяет ржавчину. Остается механическим путем удалить остатки, а затем смыть химические реактивы водой.

Применение сырого картофеля для удаления ржавчины

В составе картофеля имеется щавелевая кислота. Она также довольно неплохо растворяет окислы железа.

Процедура выполняется довольно просто.

• Разрезают картофелину пополам.
• Одной из половинок протирают поверхность детали, имеющей ржавый слой.
• По мере загрязнения картофеля срезают слои или берут другую половинку. Иногда приходится брать несколько картофелин для полной очистки детали. Добавляют поваренную соль, ее крупинки служат в качестве дополнительного абразива.

Серная кислота

Внимание! Серная кислота реализуется в виде концентрированного раствора. Ее следует использовать, только растворив до плотности 1,10…1,12 г/см³. При более высокой концентрации она не действует на железо.

Используют серную кислоту, также как и уксусную. Меры безопасности гораздо строже. Нужны защитная маска, респиратор и резиновые перчатки.

Газированные напитки в технологии очистки металлических деталей

Обычная газированная вода – это довольно слабая угольная кислота. Но некоторые газированные напитки довольно успешно растворяют металлические окислы: Фанта, Кока-кола, Пепси-кола, – растворяют окись железа.

Раствор ортофосфорной кислоты

На многих предприятиях используют ортофосфорную кислоту для обработки ржавых деталей. В результате обработки окислы превращаются в тонкую пленку фосфатного железа.

Для обработки нужно удалить механическим путем рыхлую ржавчину. В дальнейшем из краскопульта наносится слой кислоты (концентрация 10…15 %). Высыхая на поверхности, возникает пленка. Она и служит защитой железа от последующего окисления.

На многих заводах, где требуется последующая окраска деталей, используют ортофосфорную кислоту с разными добавками, повышающими ее активность. В дальнейшем пленка Fe₃(PO₄)₃ служит в качестве грунта для красок.

Получается, что этот тип кислоты помогает не только избавиться от окиси железа, он помогает защитить металл от ржавчины.

Видео: чем легко удалить ржавчину в домашних условиях.

Источник

Удаление ржавчины

По статистике, потери от ржавчины (коррозии) составляют до 12% от всего производимого металла. Условия эксплуатации металлических изделий и конструкций постоянно ужесточаются, в том числе и из-за загрязнения атмосферы. Так, выбросы оксидов серы или азота приводят к образованию микрокапель серной или азотной кислот, при этом скорость образования ржавчины увеличивается в несколько раз.

Ржавчина — химические основы процесса

Железо – химически активный металл, который в присутствии воды и кислорода легко окисляется, образуя несколько соединений – оксидов, гидроксидов и их гидратов. Как ни странно, но точной формулы ржавчины не существует: в зависимости от условий окружающей среды продукт окисления железа имеет переменный состав: nFe(OH)3*mFe(OH)2*pH2O. Поражение ржавчиной происходит по всей поверхности металла, но наиболее уязвимыми местами являются сварные швы, внутренние углы конструкций, отверстия для резьбовых соединений. По своей структуре ржавчина очень рыхлая, сцепление с металлом практически отсутствует. Из-за высокой пористости слой ржавчины легко задерживает атмосферную влагу, создавая благоприятные условия для дальнейшего разрушения металла.

Опасность процесса в том, что визуально оценить степень поражения металлической конструкции не представляется возможным: под красно-бурым слоем ржавчины металл может быть полностью разрушен. Если своевременно не принять меры, результат может оказаться плачевным, вплоть до полного разрушения изделия. Одно дело, если это – ржавый гвоздь в стене дачного домика, и совсем другое – если ржавчина поразила опору ЛЭП или корпус морского судна.

Способы удаления ржавчины

Народная мудрость гласит, что любую проблему проще предотвратить, чем потом прикладывать героические усилия для устранения ее последствий. Ржавчина – не исключение. За последние 20-30 лет химики и физики предложили немало способов предотвращения коррозии – от защитных покрытий до сложных инженерных сооружений – станций электрохимической защиты.

Если ржавчина все-таки появилась – это не повод опускать руки: есть немало эффективных способов ее удаления, и чем раньше предприняты активные меры, тем большим будет эффект от их применения. Итак, обо всем по порядку.

Механическое удаление ржавчины

Продукты коррозии обладают малой адгезией и поэтому легко удаляются с поверхности металла при механическом воздействии – например, при обработке металлической щеткой. Снять ржавый налет с крупных изделий можно с помощью шлифовального станка, соблюдая при этом простое правило: начинать нужно с крупного зерна, а для финишной обработки использовать самое мелкое. Участки металла, с которых удалена ржавчина, оказываются совершенно беззащитными перед атмосферным воздействием. Если их не обработать антикоррозионными составами, предотвращающими контакт с водой и кислородом, процесс ржавления только ускорится.

Химические способы удаления ржавчины

Зная природу и химический состав ржавчины, логично предположить, что удалить ее можно с помощью кислот. Из школьного курса химии известно, что оксиды и гидроксиды металлов легко взаимодействуют с кислотами, при этом образуются соли железа и соответствующей кислоты, и вода.

Например, при действии соляной кислоты происходят следующие реакции:

• 2Fe (OH)3 + 6HCL → 2FeCl3 + 6H2O
• Fe (OH)2 + 2HCL → FeCl2 +2H2O

Образующийся хлорид железа – водорастворимая соль, которую необходимо удалить с поверхности обрабатываемого изделия простым ополаскиванием в воде, а затем насухо вытереть поверхность. Не надо ждать, пока ржавчина начнет образовываться снова, очищенные участки следует обработать защитными составами.

При обработке кислотами существует опасность растворения металла, поскольку железо в электрохимическом ряду напряжений стоит до водорода, оно активно реагирует со многими разбавленными кислотами:

По этой причине прежде, чем заняться химическими экспериментами в домашних условиях, необходимо почитать соответствующую литературу. Устранить побочный эффект поможет ингибитор коррозии – уротропин, при добавлении всего 1-2 г на литр раствора соляной кислоты реакция с железом не протекает.

Преобразователи ржавчины

Жидкие составы на основе ортофосфорной кислоты являются отличным способом предотвратить дальнейшее образование ржавчины на поверхности стальных и железных изделий. При таком способе обработки предварительно удаляются лишь те участки ржавчины, которые слабо держатся на основе. Образующийся в процессе реакции ортофосфат железа создает прочную защитную пленку, через которую не проникает влага и кислород, благодаря чему предотвращается дальнейшая коррозия металла. Для ускорения процесса высыхания на литр 25%-ого раствора ортофосфорной кислоты можно добавить 30-40 мл изобутилового спирта или 15 граммов винной кислоты.

Современное оборудование для удаления ржавчины

Механические способы очистки поверхности от ржавчины с помощью подручных средств применимы далеко не всегда, если изделие имеет сложную форму, то обработать все участки не представляется возможным. Химические способы тоже имеют свои недостатки, при несоблюдении элементарных правил техники безопасности можно получить химический ожог или отравление. Определенную проблему представляет и утилизация отработанных растворов.

Оптимальным способом удаления ржавчины, особенно с поверхности изделий сложной геометрической формы, является мягкий бластинг. Суть метода состоит в следующем, на металлическое изделие направляется струя сжатого воздуха, содержащая особые абразивные гранулы. Меняя давление, можно регулировать глубину слоя, снимаемого с поверхности – таким образом удаляется только слой ржавчины или окалины, а металл остается нетронутым. Гранулы ARMEX, используемые в аппарате для мягкого бластинга Nordblast NB 28-2, состоят из мельчайших частиц соды и мела. Попадая под большим давлением на поверхность, они легко удаляют не только ржавчину, но и лакокрасочные материалы.

Отличительной особенностью метода является абсолютная экологическая безопасность: применяемые компоненты химически инертны. Многочисленные исследования доказали, что на поверхности металла практически не образуются царапины и иные микроскопические дефекты, которые последствии могут стать центрами повторного образования ржавчины. Щелочная природа гранул способствует образованию пассивной пленки на изделиях из железа или стали, предохраняя основной объем металла от коррозионного разрушения.

Наилучшие результаты применения аппарата мягкого бластинга Nordblast NB 28-2 получены при обработке деталей машин или яхт. Процесс чистки от ржавчины зависит от степени коррозии, обычно на полную обработку автомобиля уходит 1 день, яхты – 2 дня.

Чем раньше обнаружена проблема, тем проще бороться с ржавчиной. Какой способ наиболее предпочтителен – каждый решает самостоятельно, но не стоит пользоваться дедовскими методами, если есть оборудование, удаляющее ржавчину со 100%-ой эффективностью!

Источник