Ржавчина боится этого: как спасти авто и сантехнику с помощью науки
Химик Киреев рассказал, что сплав против коррозии наносят методом электролиза
Коррозия – страшная вещь. Ест все: автомобили, мосты, трубы, целые корабли. В Швейцарии придумали умную защиту от ржавчины: один пшик – и готово. Какими еще способами инженеры пытаются бороться с рыжей бедой? Рассказывает программа "Наука и техника" с Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.
Лазерный луч против ржавчины
Автомобильный мост в итальянской Генуе развалился за несколько секунд. Пролет оживленной трассы длиной 200 метров рухнул вниз с 50-метровой высоты. В этот момент на виадуке было несколько десятков автомобилей. Часть машин упали в реку, часть – прямо на жилые дома. Жертвами трагедии стали 43 человека. Как установили эксперты, к аварии привела... коррозия. Она разъела одну из опор троса, которая не выдержала нагрузки.
Ржавчина угрожает и сотням других сооружений по всему миру. Ежегодный ущерб от процесса разрушения металла – более триллиона долларов. Остановить рыжую катастрофу готовы тульские ученые: они придумали уникальную лазерную технологию против коррозии.
"Яркий луч – это лазерное излучение, которое позволило нам изменить на поверхности стали ее структуру и качество", – рассказал доцент кафедры технологии и сервиса ТГПУ имени Л.Н. Толстого, кандидат технических наук Игорь Минаев.
Лазер не просто удаляет с металла ржавчину, но и подготавливает поверхность к антикоррозийному покрытию смесью из никеля, алюминия и цинка. Во всем мире принято наносить защитный слой методом адгезии. Это когда мощная струя буквально выстреливает порошком по изделию и он расплющивается по нему будто пластилин. Но держится такой покров недостаточно крепко. Исследователи Тульского государственного педагогического университета придумали более надежный метод.
"Мы предлагаем предварительно поверхность обрабатывать лазером, чтобы на этой поверхности создать микропоры, размер которых соизмерим с размером зерен порошка, который мы напыляем. То есть как бы мы создали лазерным излучением поры, туда под сверхзвуковой скоростью попадают зерна, расплющиваются. И они как бы в ловушку попали, извлечь их оттуда уже тяжело", – пояснил Минаев.
После мощной световой обработки антикоррозийный порошок пристанет к металлу как влитой. Но результат еще нужно закрепить: на защитное покрытие снова направить лазер.
"Эту поверхность как бы выгладили, сделали так, чтобы на ней не оставалось ни микропор, ни микротрещин", – отметил ученый.
Благодаря тройной защите металл годами будет как новенький. Лазерную установку тульские ученые планируют сделать более компактной, чтобы использовать ее не только на заводах, но и в небольших ремонтных мастерских. Клиенты таких сервисов часто задают вопрос, а можно не лечить машину от коррозии, а обезопасить ее от ржавчины?
Сплав от коррозии: новый метод нанесения
Не успел кроссовер выехать из автосалона, как тут же попал в цепкие лапы коррозии. Металл разъели реагенты, которыми обильно посыпают дороги зимой. А ведь спасти автомобили от рыжей катастрофы можно еще на конвейере, во время сборки.
Загляните в свой ящик для инструментов. Многие сверла и буры покрыты смесью кобальта и карбида вольфрама – этот металл по твердости почти не уступает алмазу. Подобный сплав разработали в Советском Союзе почти сто лет назад и назвали победитом. Наносят его методом электролиза: металл опускают в специальный раствор и подают разряд тока.
Но покрытие может держаться на поверхности еще крепче и дольше. Для этого ученые из Пензы изменили способ его нанесения. Такого в мире еще никто не делал.
"Процесс может проводиться по длительности разное время. Это будет зависеть от того, какой толщины покрытия нам будет необходимо. Извлекаем катод и видим, что на поверхности медной пластины сформировано наше композиционное покрытие", – пояснил доктор технических наук, профессор, декан факультета промышленных технологий электроэнергетики и транспорта, и.о. заведующего кафедрой химии ПГУ Сергей Киреев.
Химики Пензенского госуниверситета предлагают закреплять победит на металле с помощью импульсного тока – это когда разряды подают с небольшими временными интервалами.
"Что позволяет, с одной стороны, увеличить скорость процесса, с другой стороны – повысить равномерность нанесения покрытия на поверхность образца, а также позволяет управлять качеством и свойствами покрытия непосредственно в процессе его получения", – отметил Киреев.
Металлические изделия приобретают не только защиту от коррозии, но и долгую жизнь. Срок службы деталей после такой обработки увеличивается в два раза.
"Наносить покрытие кобальт-карбид вольфрама предполагается на стадии производства изделий. То есть изначально делается заготовка из стали, затем производится ее предварительная обработка, обезжиривание, травление, после чего будет наноситься данное покрытие. После процесса нанесения покрытия – промывка, сушка, в ряде случаев необходимость дополнительных стадий обработки и затем сборка в готовые изделия", – говорит профессор.
Какое необычное вещество спасет смартфон от ржавчины
Метод, уверены ученые, будет востребован в автомобилестроении. Но ведь в защите от коррозии нуждаются и более мелкие изделия. Например, детали компьютеров или часов. Внутри смартфона несколько процессоров. Каждый состоит из миллиардов транзисторов, которые ускоряют работу гаджетов. Чтобы скорость была еще выше, инженеры придумали микродетали на основе уникального нанопроводника.
С ним компьютеры и смартфоны "думают" в сто раз быстрее. Но как только компоненты микросхем соприкасаются с воздухом, в котором есть пары воды, ржавчина съедает их за пару дней.
Исследователи из США предлагают обрабатывать транзисторы необычным веществом. Аморфный нитрид бора – о нем мир узнал всего пять лет назад. Исследователи Университета Пенсильвании уверены, что благодаря этому материалу, который состоит из одного слоя атомов, можно будет навсегда забыть о ржавчине в электронике.
"Традиционно полупроводники защищают от ржавчины с помощью оксидов. Но в процессе часто используют воду, которая, по иронии судьбы, ускоряет окисление. При нанесении аморфного нитрида бора не используется вода. К тому же этот материал проводит ток быстрее, чем какой-либо другой. Он ускоряет работу транзисторов до 100 процентов", – говорит профессор материаловедения и инженерии Университета штата Пенсильвания Джошуа Робинсон.
Робот-сантехник из Китая
Встретить ржавчину можно не только на технике и электронике. Иногда она буквально врывается в наши дома. Рыжая беда нагрянула в дома жителей одного из новых микрорайонов Ижевска. Люди вынуждены купаться и мыть посуду в ржавчине.
"В этой ржавой воде мы купаем маленьких детей, стираем белье, оно портится, мы употребляет ее в пищу, готовим на ней", – заявила местная жительница Светлана Беляева.
Причины бурого цвета воды скрыты в трубах, которые сначала смонтировали с нарушениями, а затем никто не следил за их состоянием. Коррозия ждать не заставила.
"Эта труба вырезана у нас в подвале. Если посмотреть внимательно, все внутри в отложениях. Также сама труба уже покрыта коррозией. А данная труба – стояковая – уходит в квартиры. Если посмотреть, здесь тоже все в отложениях", – рассказала жительница Ижевска Рамзия Филатова.
В Китае проблему ржавых труб должен решить этот миниатюрный робот-сантехник. Беспроводной трудяга может добраться в самые труднодоступные места, ведь его длина – всего полтора сантиметра. Инженеры университетов Харбина и Гонконга предлагают отправлять таких помощников в трубы целыми бригадами.
"Этим роботам не нужны внешние источники питания: они оснащены колесами с лопастями и могут сами вырабатывать энергию от потока жидкости в трубе. На нем можно закрепить камеру для осмотра трубопровода. На него также можно закрепить устройства для очистки труб от коррозии", – сказал доктор физических наук, директор Института науки о свете имени Макса Планка Йохен Гук.
Как использовать ржавчину во благо
Рыжая напасть может не только вредить, но и приносить пользу. Первыми до этого додумались немецкие инженеры. Они разработали уникальный фильтр для очистки воды с помощью коррозии.
Каждый из нас ел украшенный цветной глазурью торт, красил стены и вдыхал пары нашатырного спирта. Знаете, что их объединяет? У всех в составе есть оксид железа. И недавно немецкие химики создали на его основе наночастицы, которые способны притягивать к себе пластик и нефть. Новое вещество назвали "умной" ржавчиной. Ее планируют использовать для очистки рек, морей и океанов.
"Мы добавляем к частицам оксида железа различные молекулы. Например, одни обладают гидрофобными свойствами и притягивают капли нефти. Эти молекулы окружают ржавчину подобно ворсинкам на щетке и собирают загрязнения. Потом их удаляют из воды с помощью магнита. Оксид железа производится в короткие сроки и недорого", – говорит профессор Эрлангенского университета Маркус Халик.
Ученым еще предстоит поработать над свойствами наночастиц оксида железа. Кто знает, возможно, на основе "умной" ржавчины создадут средство, способное бороться с ее старшей сестрой – обыкновенной коррозией, обделенной интеллектом. Обработал таким составом рыжий налет на бампере машины, а потом крикнул: "А ну, брысь отсюда!" Пара минут – и от следов не осталось и следа.