Техника - молодёжи 1945-01-02, страница 11

Инж. Л. ПОПИЛОВ

Pucvhok x. £ргляжя£#а

К сороковым, годам прошлого века химики накопила немалый опыт в изучении свойсхв самых разнообразных веществ. Они изучали м-ногае газы- и жидкости» горючие и негорючие вещества, металлоиды и металлы и «а основа-кии своих изысканий- устанавливали, как должны вести себя -в природе % в условиях промышленного использования элементы й их Сочетания — химические соединения. Как правило, все -предсказания химиков точнейшим образом оправдывались на деле. Но бывало и ' так, что жизненный' практический опыт резко расходился а данными опытов лабораторий.

К таким случаям относились, например, многочисленные наблюдения за странным поведением металлов. Железо, которому по всем законам химии полагалось растворяться в кислотах и ржаветь на воздухе, после нагревания или обработки азотной кислотой иногда .становилось -необыкновенно устойчивым. Оно начинало напоминать' в этом отношении благородные металлы — золото и серебро, которые не окисляются на воздухе и с трудом растворяются в кислотах.

Как раз в те годы, когда- внимание ученых было привлечено к этому необыкновенному поведению, железа-, в Индии была сделана интересная находка-. В Дэли обнаружили большую колонну почти двухтысячелетней¹ давности, причем, не в пример многочисленным находкам древних памятников в Греции и Италии, это была не каменная, а железная колонна. Уже тот факт, что железо простояло на воздухе столь* ко времени, возбудил интерес в широких «кругах ученых, но когда обнаружилось, что на колонне нет ни одного пятнышка ржавчины, их удивлению не. было границ.

К этому лее времени выяснилось, что железо совсем не одинаково в своем необычном поведении. На свет появился новый металл — алюминий. Газеты и журналы всех стран восторженно описывали его чудесные свойства. Легкость, прочность, простота обработки этого металла вызывали восхищение. • Алюминий сразу получил название «ме-Тспл будущего», спрос на него быстро рос. Но химики отнеслись к появлению алюминия менее восторженно. Они определили его химические свойства и пришли к заключению, что алюминиевые изделия не могут быть долговечными, так как этот металл жадно вступает в соединение с кислородом воздуха, превращаясь при этом в мягкий окисел.

Но, вопреки пророчествам химиков, алюминий оказывался весьма устойчивым к действию воздуха, воды, .пара и даже многих кислот.

А позднее металлурги добились¹ получения нержавеющих сталей, обладавших исключительно высокой химической устойчивостью. Они не тускнели и не ржавели на воздухе и -в -воде, не

п

изменяли своего .вида даже при таком нагревании, от которого обычное желе-зо покрывалось толстым слоем окалины либо вовсе сгорало.

Таким образом, (Пришлось признать, что! очень часто металлы приобретают свойства, не могущие быть объяснимыми с точки зрения их химических ■свойств. Эти особые свойства оказываются в> том, что химически активные металлы вдруг становятся пассивными, {Трудно вступающими в соединение с другими веществами.

Первым попытался объяснить, в чем тут дело, знаменитый ученый Михаил Фарадей, высказав в 1836 году смелую догадку, что железо становится неспо-собным соединяться о кислородом именно потому... что оно жадно соединяется с ним.

«Я вынес определенное заключение, — писал Фарадей,— что поверхность железа была окислена и что образование окисного покрова на железе при его на-•греваний является -причиной его своеобразного и неактивного состояния». Иными словами, по мнению Фарадея, при окислении железа я других металлов образуется окисная пленка или по» ■кров, защищающий металл от дальнейшего разрушен^ Но все попытки разглядеть эту . защитную пленку в -микроскоп или каким-нибудь иным пу-тем обнаружить ее существование долгое время оставались безуспешными. Это обстоятельство многих смущало. «Я не вижу на пассивном железе никакой пленки ни умственным, ни физическим взором», заявил на научном съезде один известный исследователь.

Тем не менее -в 1907 году русский ученый Кистяковский «подробно развил взгляды Фа раде я и создал теорию пас. сивности, блестяще объяснившую «все наблюдавшиеся явления. Теория эта- за* •к^ючается в следующем: каждый- металл поглощает — адсорбирует своей поверхностью кислород, Этот кислород, химически соединяясь с металлом, образует окись металла, создающую' пленку — фильм — на, .поверхности. Отсюда и теория (получила название фильмовой, В случае, когда эта шейка не имеет трещин и разрывов, она. надежно предохраняет металл от разрушения и растворения — делает его пассивным. Иными словами, пленка не допускает к металлу новые порции кислорода, рем самым защищая его от ржавления. Если же пленка прилегает неплотно, имеет дефекты или разрушается, металл нач<и-•нает ржаветь. Однако нарушенная пленка © результате окисления обнажившегося металла имеет свойства восстанавливаться, и «раны» на поверхности металлических изделий как бы «залечиваются». На поверхности железа, алюминия, хрома, никеля и .некоторых других металлов это залечивание происходит быстро. Другие металлы не всегда покрываются ровной пленкой окислов, «и «поэтому они не становятся пассивным». В этих случаях -ничто не препятствует окислению металла, и последний- ржавеет, разрушается.

Дальнейшие исследования подтвердили теорию Кистяковского о действии

кислорода воздуха на металлическую поверхность. Если железный пруток разломать под нагретой ртутью, то в месте излома железо быстро соединяется с ртутью, амальгамируется. Но такой же прутик, сломанный на воздухе и затем уже опущенный в ртуть, не реагирует с ртутью, потому что на воздухе свежий излом мгновенно покрывается защитной пленкой окислов.

Высокая устойчивость алюминия к (кислороду- воздуха и к воде такж? объясняется образованием при его- окис-лении тончайшей защитной пленки, плотно покрывающей» поверхность металла.

Эта пленка настолько прочна, что алюминий почти невозможно спаять обычными приемами.

Защитная пленка окиси не дает при пайке олову соприкоснуться с чистым металлом.

Средняя толщина- окисных пленок со-вершен но ничтожна. На железе, например, защитные пленки имеют всего три миллионных доли миллиметра в толщину, а на алюминии лишь -немного боль-ше. Человеческий волос в сто тысяч раз толще такой пленки. Покров защитных пленок. тоньше длины волн видимого света, либо близок к ним; поэтому их и. не удавалось разглядеть в обычные, не электронные микроскопы. Но, как это не удивительно, присутствие окисных пленок- мы -нередко обнаруживаем и невооруженным глазом. Оказалось, что цвета побежалости при нагревании железа, красный цвет «японской» меди, золотистая окраска некоторых бронз -возникают в результате интерференции света при отражении* световых лучей от металла и от покрывающей его прозрачной окисиой пленки.

Чтобы ускорить образование защитных пленок, разработана специальная технология обработки металлических изделии. Так, изделия из алюминия подвергаются так называемой дихроми» зации. или анодизации.' Алюминиевая деталь подвешивается в ванну с серной кислотой и хромовыми солями» затем через нее пропускают электрический ток. На поверхности алюминия, являющегося анодом (то есть соединенного с 4- источником тока) быстро образуется прочная пленка окиси, надежно защищающая металл. Нет почти ни одной алюминиевой или дюралюминиевой детали современных самолетов, которые не ■подвергались бы^: этой операции.

Иногда железо покрывают особой масляной сма&койг (и затем нагревают} либо подвергают специальной обработке •в смесях щелочей <и азотистых солей. При этом также образуется защитная окисная пленка, но черного цвета. Поэтому весь этот процесс получил название воронения. Воронению подвергаются все винтовки, автоматы и пулеметы перед их сборкой. Изделия из вороненой стали почти не ржавеют га-на воздухе, ни -в воде.

Способность никеля и хрома легко сокрываться окисиой пленкой широко используется при гальваническом хро Ч мировлиит: -и никелирования. Хромированные ножи вилки ложки практически не изнашиваются. Никелированные

9