Техника - молодёжи 1979-02, страница 61

Нерешенные проблемы коррозии

Продолжение. Начало на стр. 37.

верхностно-активные. Есть в металле легирующие элементы и примеси, способные понемногу перемещаться, а также связанные с ними структурные неоднородности — ослабленные и укрепленные места. Атомы и молекулы, попадая на кристаллическую поверхность металла или уходя с нее, скачкообразно меняют ее местный атомный рельеф и энергию связей. При этом как бы «взводятся* и «спускаются» поверхностные атомные «пружинки», заряжаются и разряжаются микроаккумуляторы, происходит важный для процесса коррозии поверхностный энергообмен.

Вмонтировать все эти «детали» в модель было бы не так уж трудно, но... Сложность в том, что дисциплины, из которых они могут быть нами заимствованы, тоже развивались слишком независимо одна от другой. Помните, как до введения индустриальных стандартов винт, выточенный одним мастером, не подходил к гайкам, которые сработал другой? Так же не стыкуются друг с другом и необходимые нам «детали», взятые из разных разделов науки.

Тот, кто сумеет как следует «подогнать» их друг к другу, не просто решит основную теоретическую проблему коррозии. Он внесет крупный вклад в унификацию знаний физических и химических. Уже сейчас передовые ученые стихийному дроблению науки на узкие изолированные направления противопоставляют истинно творческий процесс ее интеграции. Может быть, именно с легкой руки будущих теоретиков коррозии в науке уничтожится наконец огромное количество замаскированных «подобных членов», сократится число дисциплин и научное знание приобретет качества, которых еще так не хватает, — стройность, компактность, доступность и универсальность.

Впрочем, развитие фундаментальной теории коррозионных систем не самоцель. С ее помощью предстоит решить множество теоретических и инженерных вопросов противокоррозионной защиты.

Трудно примириться, например, с нынешней металлургией нержавеющих сталей. Загонять огромное количество дефицитных элементов в толщу металла, где они никогда не соприкоснутся с агрессивной средой, расходовать колоссальные средства на компенсацию сопутствующих ухудшений структуры и в результате получать материал с не

важными механическими и технологическими характеристиками — что может быть более нелепо?

Технология должна покинуть этот тупик и выйти на путь поверхностной обработки готовых полуфабрикатов сварных швов и целых изделий. Делом коррозионистов будет задать толщину, состав и структуру поверхностных слоев. Делом металлургов и физиков-технологов — подобрать основной материал и разработать технологию его поверхностного легирования с одновременным уничтожением вредных элементов поверхности структур.

Здесь найдут применение технология плазмы, ионных и электронных пучков различной энергии, электрохимия, приемы мгновенной конденсации с получением аморфных структур, тепловые удары и многое другое, что позволит находить экономически оптимальные соотношения расходов энергии и вещества.

Многие принципиальные вопросы предстоит пересмотреть тем, кто займется совершенствованием защитных лакокрасочных покрытий.

Чтобы не работать вслепую, придется в корне переработать теорию и методы оценки адгезии, то есть взаимного сцепления покрытия и металла. Сейчас адгезию характеризуют силой, необходимой для отрыва или отслаивания покрытия. Но ведь покрытие не клей. Связи между металлом и покрытием разрывает обычно не какая-нибудь внешняя сила, а влага, проникающая под покрытие. Откуда же она берет необходимую для этого энергию? Источников еще до начала коррозии как минимум два: энергия смачивания и контактная разность потенциалов между металлом и полимером.

Разделяемые поверхности покрытия и металла смачиваются водой. Грубо говоря, вместо каждой разорванной связи металл — полимер возникает пара адсорбционных связей : вода — металл и вода — полимер. Энергия, выделяющаяся при образовании этих двух связей, и расходуется на разрыв той связи, которую она замещает. Но это еще не все.

Между металлом и касающимся его покрытием (как между волосами и расческой) возникает обычно так называемая контактная разность электрических потенциалов, которая превращает их в «слипающиеся» друг с другом обкладки конденсатора. На первый взгляд адгезия от этого может только возрасти. Однако электрическое поле способно втягивать в себя вещества, которые его уменьшают. Вода именно такое вещество. Втягивая ее под покрытие, контактное

электрическое поле само совершает работу против созданных им дополнительных сил адгезии.

Вот почему так нужны приборы и методы измерения работ адгезии, смачивания, электрического расклинивания покрытия и подложки, контактной разности потенциалов между ними. Чтобы их разработать, нужны тонкое понимание теории и большая изобретательность. Но, только получив эти приборы, исследователи, борющиеся с отслаиванием покрытий, четко увидят свою настоящую цель: умеренно хорошая начальная адгезия при минимальной контактной разности потенциалов и стойких водоотталкивающих свойствах границы металл — полимер.

Разумеется, покрытие должно обладать еще целым комплексом свойств: длительной стойкостью против световых, химических и биологических воздействий, непроницаемостью для агрессивных веществ, стойкой способностью пассивировать или ингибировать металл, а иногда и создавать для него протекторную защиту — и все это при доступности материалов и легкости нанесения.

Древний прототип такого покрытия — хорошо известный автомобилистам свинцовый сурик на натуральной олифе. Образуя с суриком нерастворимое свинцовое мыло, высыхающее масло химически соединяется с его частицами в монолит, «несъедобный» для микроорганизмов и почти непроницаемый для агрессивных веществ. Вредные сернистые газы сурик вообще не пропускает к металлу, превращая их в нерастворимый сульфат свинца. Для железа сурик — неплохой пассиватор, а свинцовое мыло, адсорбируясь на металле, придает ему стойкие водоотталкивающие свойства и дополнительно ингибирует и анодный и катодный процесс. Ни одно из новейших покрытий не демонстрирует такой изумительной гармонии между защищаемым металлом, пигментом и пленкообразующим органическим веществом. Пора принять вызов природы и превзойти ее, объединив усилия специалистов в области органической химии, химии и физики полимеров, поверхностных явлений, теории химической связи, корро-зионно-электрохимических процессов и всех других, какие будут нужны.

Оценка важности и увлекательности проблемы всегда в той или иной мере субъективна, а всего в одной статье осветить нельзя. И все же главное вы, вероятно, почувствовали: работы много.

А если вы молоды и она вас влечет — до встречи!

58