Как восстановить любой ржавый старый инструмент в «идеал»

Ржавое железо: обработка, восстановление

В результате воздействия воздуха и других веществ на железо, оно окисляется. Существует электрическая, химическая, электрохимическая реакция, после которой образуется ржавчина. Для очистки ржавого железа и его дальнейшей защиты применяются разные способы.

Методы борьбы с ржавчиной

Коррозия железа портит промышленное оборудование и приносит много убытков. Чтобы этого не  происходило, нужно правильно обрабатывать поверхность качественными лакокрасочными материалами. Абразивоустойчивый метод очистки считается самым результативным.

Предотвратить возникновение ржавых пятен можно 3-мя способами:

  • Конструкционный.
  • Пассивный.
  • Активный.

Чтобы не появлялась коррозия, используется конструкционная нержавеющая сталь. Когда проектируется оборудование, все детали защищаются от воздействия коррозийной среды  клеящими составами, герметиками, эластичными прокладками.

При активном методе на детали воздействует электрическое поле с помощью оборудования, подающего постоянный ток. Для увеличения электродного потенциала изделий из железа, выбирается подходящее напряжение.

Иногда применяют жертвенные аноды, взятые от более активных элементов, такой способ называется пассивным. Металлические детали помогает защитить специальное антикоррозийное покрытие.

Кислородная коррозия возникает на деталях, покрытых оловом. Краска, эмаль или полимеры используются для защиты открытого металла от воды и воздуха. Часто сталь покрывается оловом, никелем, цинком, хромом. Основной материал остается защищенным даже после частичного разрушения защитного слоя. Цинк отличается более отрицательным потенциалом, поэтому ржавеет первым.

Консервные банки производят  из жести. Когда деформируется оловянная прослойка, железо быстро ржавеет, поскольку потенциал такой защиты более положительный. Металл защищают от коррозии методом хромирования.

Цинк и магний имеют более отрицательный потенциал, поэтому прекрасно подходят для покрытия металлов. Такой метод защиты называют катодным, он предотвращает развитие коррозийного налета многих изделий. Цинковые пластины устанавливаются на морские суда, подземные коммуникации, другое оборудование для защиты корпуса.

На цинковой и магниевой прослойках формируется оксидная пленка, которая сдерживает разрушительный процесс. Если в сталь добавить немного хрома, изделия будут защищены.

Газотермическое напыление применяется для борьбы с коррозией и помогает восстановить различное оборудование. С помощью специального оборудования на поверхность наносится другой металл, в результате коррозия происходит медленно.

Металлы, которые предстоит применять в агрессивной среде, обрабатывают термодиффузионным цинковым покрытием. Такой метод обеспечивает наибольшую защиту , покрытие не отслаивается и не откалывается после ударов или деформации.

Металлы обрабатываются кадмием, что хорошо защищает даже в морской воде. Кадмий высокотоксичен, поэтому используется нечасто.

Обработка химическими веществами

Все понимают, почему железные детали ржавеют. Перечислим категории химических реагентов, помогающих избавиться от коррозийных образований:

  1. Преобразователи ржавчины.
  2. Кислоты.

Кислоты – это растворители, состоящие из ортофосфатов, способствующих восстановлению ржавеющих изделий. Технология использования кислоты несложная. Металл нужно очистить от грязи и пыли, обработать кислотой с помощью силиконовой кисти.

Химическое вещество взаимодействует с поврежденной поверхностью 30 минут, после очистки изделие вытирают насухо. Кислота не должна воздействовать на кожу, глаза, слизистые оболочки, поэтому при такой обработке необходимо надевать специальную одежду. Ортофосфатная смесь отличается такими преимуществами:

  1. Щадящее воздействие на железо.
  2. Устранение ржавого налета.
  3. Предотвращение нового корродирования.

Преобразователем обрабатывают всю поверхность металлоизделия. Активные вещества создают защитную антикоррозийную прослойку, которая препятствует ее развитию.

Популярные преобразователи:

  • Berner – для защиты болтов и гаек, которые плохо откручиваются.
  • BCH-1 нейтрализует ржавчину на поврежденных участках, вытирается обычной тряпкой.
  • «Цинкор» очищает от корродирования, предотвращает дальнейшее разрушение.
  • B-52 – преобразователь в виде геля помогает избавиться от разных видов ржавых пятен.
  • СФ-1 – им обрабатывают чугун, цинк, алюминий, он надолго продлевает эксплуатационный период железных предметов.

Большинство антикоррозийных составов изготавливаются из токсичных составляющих, поэтому нужно защищаться респираторами, перчатками, очками.

Применение антикоррозийных составов

Качественную антикоррозийную продукцию поставляет на отечественный рынок компания Rocket Chemical. Перечислим самые популярные изделия:

  • Сильнодействующий ингибитор. После обработки железные предметы в течение года не ржавеют в агрессивной среде.
  • Литиевая смазка – для защиты и профилактики. Ею обрабатывают дверные петли, железные тросы, цепи, разные механизмы. Защитный слой не смывается дождем.
  • Силиконовый герметик покрывает металлоизделия с элементами из пластика или резины.
  • Антикоррозийный спрей – для обработки труднодоступных участков. Распылитель позволяет обеспечить глубокое проникновение в различные механизмы. Предотвращает повторное возникновение ржавого налета.
  • Спрей для удаления ржавых пятен изготавливается на основе нетоксичных элементов. Им очищают стройматериалы, бытовую технику, ножи и т.д. – действует в течение 5 часов, после этого предмет протирают или моют.

Железо наиболее устойчиво к корродированию в условиях минимальной влажности.

Народные средства

Очищать металл можно подручными материалами:

  • Лимон и уксус помогают избавиться от легкого налета. Ингредиенты смешиваются в одинаковых пропорциях. После обработки железа нужно подождать 2 часа. Затем смывают, вытирают насухо.
  • Картофель оказывает разрушительное воздействие на ржавый налет. Картофель разрезают, хорошо солят, прикладывают к пятнам. Продукты окисления смываются с изделий.
  • Пищевая сода отличается высокой эффективностью. Порошок разбавляется водой до образования густой смеси. Нужно подождать 30 минут, затем вытереть насухо поверхность и удалить оставшуюся грязь.

Непросто обработать ржавчину, чтобы железо не портилось. За качественные средства придется заплатить немалые деньги. Чтобы добиться идеального результата после очистки, придется организовать специальные условия. Это могут позволить себе только крупные промышленные предприятия.

Полезные материалы

Уксус помогает бороться с коррозией, удаляет коричневый налет. Им можно воспользоваться, чтобы очистить монету, лезвие ножа, ключ, украшение.

Лайм с солью – самая эффективная комбинация. Изделие обрабатывают соком, солят, очищают кожурой лайма.

Щавелевая кислота – агрессивное средство, пары, выделяемые в результате химической реакции, воздействуют на слизистую дыхательных путей, поэтому необходима защита. Помещение при этом проветривается. Кислоту растворяют в воде, кладут туда предмет, налет удаляют старой зубной щеткой.

Похожие статьи

Использование степени окисления цинка в технологиях производства
Как в домашних условиях проверить изделия из золота
Соединения железа и степени окисления металла
Степень окисления и физические свойства алюминия

Восстановление металлов — Знаешь как

Металлы применяют в элементарном состоянии в виде сплавов и химических соединений. В рудах они связаны в окислы, сульфиды, хлориды, силикаты и иные соединения — минералы. Одна из главных задач металлургии состоит в получении свободных металлов восстановлением природных соединений. Из многих пригодных для этого химических реакций ниже рассмотрены только экономически целесообразные, применяемые в практике металлургии.
Рис. 5.
Условия восстановления некоторых окислов углеродом

Восстановление углеродом или водородом


Наиболее доступный и дешевый восстановитель — углерод— составляет основную массу каменных углей. Восстановление углеродом, например окиси двухвалентного железа, можно записать следующими уравнениями:
FeO + C = Fe + CO,
FeO + СО Fe + СО2
.

Подобные реакции идут вправо — в сторону восстановления, если прочность химической связи кислорода с углеродом больше прочности связи его с металлом. Как известно, прочность химической связи называют сродством, которое в термодинамике измеряют величиной стандартного термодинамического изобар-но-изотермического потенциала, обозначаемого символом ΔZ°. Сродство выражают в Джоулях. Физический смысл его — максимальная работа, которую может совершить реакция. Ее условно считают отрицательной, поэтому отрицательная величина ΔZ° указывает на работоспособность реакции — возможность самопроизвольного ее протекания. Говоря ниже об увеличении термодинамического потенциала, мы будем понимать это, как сдвиг ΔZ в отрицательном направлении. Применение уравнений химической термодинамики часто затруднено отсутствием исходных данных и сложностью расчетов. Более удобны полуэмпирические зависимости ΔZ от температуры типа
ΔZ°Т
 = А + BTlgT + cT + ••• ,
здесь Т

—абсолютная температура, К, а постоянные коэффициенты А, В, С 

приведены в справочниках. Для расчета сложных реакций формулу комбинируют с известным уравнением
ΔZ°Т
 = ΣΔZK
 — 
ΣΔZH
,
где T
температура, К, а индексы к и н обозначают полученные и исходные вещества.
Например, реакцию (1) можно представить в две стадии:
I.2FeO = 2Fe + O2
 ; 
ΔZ°Т
= — 2 (— 62050 + 14,95T); 
от 298 до1642К
II.2C + O2
 = 2CO; ΔZ°Т
 = 

2 (— 26700 — 20,95T); от 298 до 2500 К
2FeO + 2C = 2Fe + 2CO; ΔZ°Т
= 70700 — 71,8T; от 298 до 1642 К.
Из этого легко определить, при какой температуре восстановление железа в стандартных условиях (при рсо
 = 101325 Па). Давления паров Fe и FeO приняты постоянными, поскольку они находятся в равновесии с соответствующими конденсированными твердыми или жидкими фазами. При равновесии реакции ΔZТ
= 0.
Следовательно:
70700 = 71,80T
;
T
= 70700 : 71,80 = 985K(721° С)
Приведенный расчет сравнительно прост из-за отсутствия в нужных для него уравнениях члена, содержащего lg 
Т. 

В других случаях для получения ориентировочных результатов удобнее пользоваться графиками.
Для реакции (5) при 800° С (1073 К): 
РbО + С = Рb + СО(5)
находим (округленно):
ΔZ°PbO = — 82 кДж; ΔZ°CO = — 238 кДж;
ΔZ°= — 238 — (— 82) = — 156 кДж.
Разность получилась отрицательной, следовательно, реакция возможна. Заметим, что линии РbО и СО на рис. 4 пересекаются при температуре около 350° С. Влево от пересечения разность сродства окажется положительной, а восстановление — невозможным; эта точка определяет температуру начала восстановления свинца углеродом при стандартных условиях —(p
со
 = 101325 Па). Также по пересечению соответствующих линий можно определить температуры начала восстановления других, окислов; для SiO2
, Аl2
O3
, CaO, MgO они выше 1500°C.
Очевидно, можно выбрать условия, при которых одни окислы восстанавливаются до металла, а другие остаются неизменными.
На этом основана, например, выплавка свинца из руд, содержащих окислы железа, кремния, кальция. При свинцовой плавке 
восстанавливается только свинец, имеющий сравнительно малое сродство к кислороду. Другие окислы сплавляются в жидкий шлак (плотность γ=3000÷3500 кг/м3
), всплывающий над свинцом (γРb
≈ 10000 кг/м3
), подобно тому, как слой масла всплывает над водой.
Очень важна скорость восстановления: металлургические переделы должны быть производительными, а для этого надо, чтобы входящие в них реакции протекали быстро.
Твердые окислы восстанавливаются твердым углеродом медленно из-за малой поверхности контакта реагирующих веществ; даже при тонком измельчении частицы соприкасаются неплотно. К тому же продукт реакции — металл, возникающий в местах контакта, затрудняет дальнейшее взаимодействие. Твердый углерод может быть энергичным восстановителем только, если поверхность его омывается жидким или газообразным окислом. Твердые окислы восстанавливаются преимущественно газообразной окисью углерода:
МеО +
СО = Ме +
СO2
,
получаемой по реакции, равновесие которой 
изучили Будуар и Белл:
С + СO2
2СО.
В расплавах, плохо смачивающих углерод, а такие встречаются часто, частицы его окружены газовой пленкой из СО и СО2
. Восстановление здесь происходит также через газовую фазу. Константу равновесия реакций надо записать отношением парциальных давлений СО
и 
СО. Давления паров MeO, Me 

и углерода при их избытке постоянны, они входят в величину Kр

поэтому
Обе константы равновесия можно выразить процентными соотношениями СО и СО2. 
Обозначив содержание в процентах СО в смеси через x, а СО2 
— через 100—х, 

найдем
Величины Kр
 

зависят от давления и температуры, данные об этом приведены на рис. 5. Показанные здесь окислы могут восстанавливаться, если СО в равновесных газах реакции (7) больше, чем необходимо для реакции (6). Например, при температуре 800° С можно восстановить FeO и Fe3
O4
. точка а 

лежит выше 

а1
и а2
, но нельзя получить цинк из его окиси. Точки n и р соот

ветствуют началу восстановления FeO при общих давлеяниях смеси СО+СО2
 

соответственно 20265 
и 101325 
Па — при температурах около 630 и 680° С. Цинк восстанавливается при всехдавлениях близ 930° С, различие, связанное с давлением, и здесь имеется, но оно невелико и неразличимо на графике.
Температуры начала восстановления Fe2
О3
 

и РbО очень малы вследствие малого сродства к кислороду; однако в действительности они выше вычисляемых термодинамически из-за малых скоростей взаимодействия. Термодинамически получаются необходимые, а не достаточные условия восстановления, последние требуют еще и учета кинетики реакций. Например, углерод при обычных температурах практически не окисляется, уголь может лежать на воздухе веками, хотя термодинамический потенциал образования СO2
 

равен — 393,8 
кДж уже при 25° 
С.
Согласно правилу акад. А. А. Байкова, высшие окислы восстанавливаются последовательно, в частности:
3Fe2
O3
 

+ СО = 2Fe3
O4
 + СO2

ΔН98
 

= — 

52,3 кДж,
Fe
3
O4
 + СО = FeO + СO2

ΔН298
 = 35,5кДж,
FeO + СО = Fe + СO2

ΔН298 

— 13,2кДж
Теплоту, выделяемую реакцией, здесь и 
далее условимся считать отрицательной; ΔН— термодинамический признак экзотермичности. Заканчивая обсуждение рис. 5, 
заметим также, что для равновесия реакций восстановления РbО и Fe2
O3
 

с повышением температуры требуется более высокое содержание СО в газах, а для FeO и 
ZnO — меньшее.
По принципу Ле-Шаталье, при внешнем воздействии на равновесную систему в ней возникают противодействующие процессы. Если реакция экзотермическая [ΔН уравнения (8) и (10)] при повышении температуры требуется большее содержание восстановителя — СО в газах. Наоборот, реакции восстановления Fe3
О4
 (9) и ZnO поглощают тепло (ΔН>0); при высоких 

температурах равновесное парциальное давление СО 
в газах здесь снижается.

Рис. 6. Стандартные изобарные потенциалы образования сульфидов

Водород для восстановления окислов применяют реже, он дороже и взрывоопасен, но необходим в 
тех случаях, когда уг

лерод может образовать с металлами иногда нежелательные карбиды, например при восстановлении вольфрама и молибдена:

WO3
 + 3C = W + 3C,
МоO3
 + 3С = Mo + 3СО.
Реакциям (11) и (12) сопутствует частичное образование карбидов WC и Мо2
С.
Восстановителями окислов могут служить непредельные углеводороды, входящие в состав природного газа и нефти.
Многие металлы представлены в природе сульфидами, для оценки 
возможности восстановления которых по реакции 2MeS + C = Me + 
CS2
рассмотрим рис. 6, характеризующий сродство элементов к сере В большинстве случаев углерод не пригоден для непосредственного восстановления сульфидов. Также мало пригоден для и водород: линия H2
S расположена высоко, что указывает редкую возможность реакций типа:
Me
S + H2
 = Me
 + H2
S.
В металлургической практике природные сульфиды сначала 
обжигают: нагреванием при доступе воздуха переводят в окислы, которые затем восстанавливают углеродом. Например, сульфид свинца — галенит окисляют при температуре около 1000° С:
2PbS + 3О2
 = 2PbO + 2SО2
.
Окись свинца восстанавливают углеродом. Также получают из сульфида цинк. Надо отметить, что на рис. линия ZnO имеет излом, соответствующий точке кипения металла при 907° С. Восстанавливаясь при температуре около 930° С, цинк получается в виде паров, которые отводят из печи, охлаждают и конденсируют в виде жидкого или твердого металла (в зависимости от температуры в конденсаторе). Заметим попутно, что подобные изломы прямых на рис. указывают на изменение агрегатного состояния — плавление либо кипение металла или его соединения.
Константу равновесия реакции при 1000° 
С:
ZnOTB
 + СО = Znпap
 

+ СО2
,
надо записать с учетом парциального давления паров цинка, которые здесь неравновесны с жидким металлом:
 
Связь между величинами и К 
выражается уравнением изотермы 

из которого при подстановке 

= 8,326 Дж/ (град • моль)и замене натурального логарифма десятичным получим
ΔZ = — 19,1T
lgK
[кДж].
Статья на тему 
Восстановление металлов

Реставрация железа

Копье после реставрации в углеродной среде фото 2

Поисковики всё чаще и чаще стали пользоваться поисковыми магнитами, вылавливать из водоемов железные артефакты. А что дальше с ними делать? На воздухе они быстро разрушаются. Как сохранить и реставрировать железо?

Даже если найденный предмет похож больше на большой кусок сплошной ржавчины — не стоит отчаиваться. Есть способ, которым можно вернуть к жизни найденное сокровище. Это реставрация железа в углеродной среде. Это очень простой метод, доступный каждому.

Копье до реставрации в углеродной среде Копье после реставрации в углеродной среде

Для реставрации понадобиться железная коробка с крышкой на болтах, толченый древесный уголь (на котором жарим шашлыки) и деревенская печь.

Итак, по порядку. Находку, прежде всего, необходимо сохранить в том виде в каком она была обнаружена с кусками земли, если вы ее выкопали, и ржавчиной. Не надо пытаться «насильственным путем» очистить её от земли или от отслаивающейся ржавчины механическим путем или любым другим способом.

Ножници после рестоврации в углеродной среде можно резать бумагу Ножници после рестоврации в углеродной среде Ножници до рестоврации в углеродной среде

Если вы выловили предмет из водоема, обмотайте его бинтами, как мумию. Это не позволит металлу расслаиваться при высыхании.

В железную коробку, назовем ее «реактор», засыпается измельченный древесный углем, так чтобы наши железные предметы не соприкасались со стенками реактора. Реактор полностью заполняем углем, закрываем крышкой и помещается в растопленную печь на подушку оранжевых углей и обложить со всех сторон дровами. Обратите внимание на температурный режим, «реактор» должен быть раскаленным докрасна.

После реактора предметы очищаются в щелочи NaOH (например, средство для чистки труб «Крот») и промываются в подкисленной воде. При необходимости, процедуру реставрации в реакторе можно повторить несколько раз.

Метод заключается в восстановлении ржавчины, то есть оксида железа Fe2O3 до свободного железа в углеродной среде. О данном методе рассказал Сергей Дмитриев.

Учебный видеофильм о реставрации железа. Фильм первый.

Фильм второй.

Рейтинг: 8
Просмотров: 54586
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации