Восстановление ржавого металла. Удалитель ржавчины. Цели внедрения защитного средства в производство

В связи с появлением некоего газа, вызывающего мгновенный обжигающий кашель. Данная статья - идентификация этого газа. Статья изобилует формулами; количество формул обусловлено нетривиальностью как самого процесса электролиза, так и самой ржавчины. Химики и химички, помогайте довести статью до полного соответствия реальности; это ваш долг: заботиться о братьях "меньших" при химической опасности.

Пусть есть железо Fe 0:
- если бы на Земле не было воды, то прилетел бы кислород - и сделал оксид: 2Fe + O 2 = 2FeO (черный). Оксид окисляется дальше: 4FeO + O 2 = 2Fe 2 O 3 (красно-бурый). FeO 2 не существует, это выдумки школьников; а вот Fe 3 O 4 (черный) вполне реален, но искусственен: подача перегретого пара на железо или восстановление Fe 2 O 3 водородом при температуре примерно 600 градусов;
- но на Земле есть вода - в итоге и железо, и оксиды железа стремятся превратиться в основание Fe(OH) 2 (белое?!. На воздухе быстро темнеет - уж не пункт ли ниже): 2Fe + 2H 2 O + O 2 = 2Fe(OH) 2 , 2FeO + H 2 O = 2Fe(OH) 2 ;
- дальше еще хуже: на Земле есть электричество - все названные вещества стремятся превратиться в основание Fe(OH) 3 (бурое) из-за наличия влаги и разности потенциалов (гальваническая пара). 8Fe(OH) 2 + 4H 2 O + 2O 2 = 8Fe(OH) 3 , Fe 2 O 3 + 3H 2 O = 2Fe(OH) 3 (медленно). То есть, если железо хранить в сухой квартире - ржавеет потихоньку, но держится; повысить влажность или намочить - станет хуже, а в землю воткнуть - совсем плохо будет.

Приготовление раствора для электролиза - тоже интересный процесс:
- сначала проводится анализ имеющихся веществ для приготовления растворов. Почему кальцинированная сода и вода? Кальцинированная сода Na 2 CO 3 содержит металл Na, который стоит намного левее водорода в ряде электрических потенциалов - значит, при электролизе металл не будет восстанавливаться на катоде (в растворе, но не в расплаве), а вода будет разлагаться на водород и кислород (в растворе). Всего 3 варианта реакции раствора: металлы сильно левее водорода не восстанавливаются, слабо левее водорода восстанавливаются с выделением H 2 и O 2 , правее водорода - просто восстанавливаются на катоде. Вот он, процесс омеднения поверхности деталей в растворе CuSo 4 , оцинковке в ZnCl 2 , никелирования в NiSO 4 + NiCl 2 и т.д.;
- разводить в воде кальцинированную соду стоит в безветрии, не спеша и не дыша. Пакет не рвать руками, а разрезать ножницами. Ножницы после этого нужно положить в воду. Любая из четырех видов соды (пищевая, кальцинированная, стиральная, едкий натр) забирает влагу из воздуха; ее срок годности, по сути, определяется временем накопления влаги и комкованием. Т.е., в стеклянной банке срок хранения - вечность. Также любая сода порождает раствор гидроксида натрия при смешивании с водой и электролизе, отличаясь только концентрацией NaOH;
- смешивается кальцинированная сода с водой, раствор становится голубоватого цвета. Казалось бы, прошла химическая реакция - а вот нет: как в случае с поваренной солью и водой, раствор не имеет химической реакции, а имеет лишь физическую: растворение твердого вещества в жидком растворителе (воде). Данный раствор можно выпить и получить отравление легкой-средней тяжести - ничего смертельного. Или выпарить и получить кальцинированную соду обратно.

Выбор анода и катода - целая затея:
- анод желательно выбрать твердым инертным материалом (чтоб не разрушался, в т.ч. от кислорода, и не участвовал в химических реакциях) - именно поэтому в роли него выступает нержавейка (начитался ереси в интернете, чуть не отравился);
- именно чистое железо является катодом, иначе ржавчина будет выступать чрезмерно высоким сопротивлением электрической цепи. Чтобы поместить очищаемое железо полностью в раствор, нужно припаять или прикрутить его к какому-нибудь другому железу. Иначе металл держателя железа сам примет участие растворе как неинертный материал и как участок цепи с наименьшим сопротивлением (параллельное соединение металлов);
- пока не уточнено, но должна быть зависимость протекающего тока и скорости электролиза от площади поверхности анода и катода. То есть, одного болта из нержавейки M5x30 может не хватить для быстрого снятия ржавчины с двери автомобиля (для реализации всего потенциала электролиза).

Пусть для примера возьмем инертные анод и катод: рассмотрение электролиза только голубого раствора. Как только подается напряжение - раствор начинает преображаться до конечного: Na 2 CO 3 + 4H 2 O = 2NaOH + H 2 CO 3 + 2H 2 + O 2 . NaOH - гидроксид натрия - бешеная щелочь, едкий натр, Фредди Крюгер в кошмарном сне: малейший контакт этого сухого вещества с влажными поверхностями (кожа, легкие, глаза и т.д.) вызывает адскую боль и быстрые необратимые (но восстановимые при легкой степени ожога) повреждения. К великому счастью, гидроксид натрия растворен в угольной кислоте H 2 CO 3 и воде; когда вода окончательно испарится водородом на катоде и кислородом на аноде - образуется максимальная концентрация NaOH в угольной кислоте. Этот раствор ни пить, ни нюхать уже категорически нельзя, совать пальцы тоже нельзя (чем дольше электролиз - тем больше жжет). Можно прочистить им трубы, при этом понимая его высокую химическую активность: если трубы пластиковые - можно и подержать часа 2, но если металлические (заземленные, кстати) - и трубы съедать начнет: Fe + 2NaOH + 2H 2 O = Na 2 + H 2 , Fe + H 2 CO 3 = FeCO 3 + H 2 .

Это первая из возможных причин удушливого "газа", физико-химический процесс: насыщение воздуха раствором концентрированного едкого натра в угольной кислоте (кипящими пузырьками кислорода и водорода как носителями). В книгах 19 века угольная кислота идет как отравляющее вещество (в большом количестве). Именно поэтому водители, устанавливающие АКБ в салоне автомобиля, получают повреждения от серной кислоты (по сути, тот же электролиз): в процессе сверхтока на сильно разряженную АКБ (автомобиль не имеет ограничения по току) электролит кратковременно вскипает, серная кислота выходит вместе с кислородом и водородом в салон. Если же помещение сделать полностью герметичным - из-за кислород-водородной смеси (гремучий газ) можно получить неплохой бабах с разрушением помещения. На ролике показан бабах в миниатюре : вода под действием расплавленной меди разлагается на водород и кислород, а металл более 1100 градусов (представляю, как жахнет полностью заполненная им комната)... О симптомах вдыхания NaOH: едкий, ощущение жжения, боли в горле, кашель, затрудненное дыхание, одышка; симптомы могут быть отсроченными. По ощущениям вполне подходит.
...при этом Владимир Вернадский пишет о том, что жизнь на Земле без растворенной в воде угольной кислоты невозможна.

Заменяем катод на ржавую железку. Начинается целая серия веселых химических реакций (и вот он, борщ!):
- ржавчина Fe(OH) 3 и Fe(OH) 2 , как основания, начинают реагировать с угольной кислотой (выделяемой на катоде), получая сидерит (красно-бурый): 2Fe(OH) 3 + 3H 2 CO 3 = 6H 2 O + Fe 2 (CO3) 3 , Fe(OH) 2 + H 2 CO 3 = FeCO 3 + 2(H 2 O). Оксиды железа не участвуют в реакции с угольной кислотой, т.к. нет сильного нагрева, а кислота слабая. Также электролиз не восстанавливает железо на катоде, т.к. основания эти - не раствор, а анод - не железный;
- едкий натр, как основание, не реагирует с основаниями. Необходимые условия для Fe(OH) 2 (амфотерный гидроксид): NaOH>50% + кипение в атмосфере азота (Fe(OH) 2 + 2NaOH = Na2). Необходимые условия для Fe(OH) 3 (амфотерный гидроксид): сплавление (Fe(OH) 3 + NaOH = NaFeO 2 + 2H 2 O). Необходимые условия для FeO: 400-500 градусов (FeO+4NaOH=2H 2 O+Na 4 FeO 3). А, может, с FeO идет реакция? FeO + 4NaOH = Na 4 FeO 3 + 2H 2 O - но только при температуре 400-500 градусов. Ну хорошо, может, гидроксид натрия удаляет часть железа - и ржавчина просто отваливается? Но и тут облом: Fe + 2NaOH + 2H 2 O = Na 2 + H 2 - но при кипении в атмосфере азота. Какого же фига раствор едкого натра без электролиза удаляет ржавчину? А никак он не удаляет (я сливал именно прозрачный раствор едкого натра из "ашана"). Он удаляет жир, а в моем случае с кусочком матиза растворил краску и грунтовку (стойкость грунтовки к NaOH есть в ее ТТХ) - что обнажило чистую железную поверхность, ржавчина просто отпала. Вывод: кальцинированная сода нужна только для получения кислоты электролизом, которая очищает металл, забирая ржавчину на себя в ускоренном темпе; гидроксид натрия как бы не при делах (но будет реагировать с мусором в составе катода, очищая его).

О сторонних веществах после электролиза:
- раствор изменил свой цвет, стал "грязным": с прореагировавшими основаниями Fe(OH) 3 , Fe(OH) 2 ;
- черный налет на железе. Первая мысль: карбид железа Fe 3 C (карбид трижелеза, цементит), нерастворимый в кислотах и кислороде. Но условия не те: для его получения нужно подать температуру 2000 градусов; и в химических реакциях нет свободного углерода, который мог бы присоединиться к железу. Вторая мысль: один из гидридов железа (насыщение железа водородом) - но и это неверно: не те условия получения. А потом дошло: оксид железа FeO, основной оксид не реагирует ни с кислотой, ни с едким натром; а также Fe 2 O 3 . А амфотерные гидроксиды находятся слоями выше основных оксидов, защищая металл от дальнейшего проникновения кислорода (не растворяются в воде, препятствуют доступу воды и воздуха к FeO). Можно отчищенные детали положить в лимонную кислоту: Fe 2 O 3 + C 6 H 8 O 7 = 2FeO + 6CO + 2H 2 O + 2H 2 (особое внимание на выделение угарного газа и на то, что кислота и металл ест при контакте) - а FeO снимается обычной щеткой. А если нагреть высший оксид в угарном газе и при этом не угореть - то он восстановит железо: Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2 ;
- белые хлопья в растворе: некие соли, нерастворимые при электролизе ни в воде, ни в кислоте;
- прочие вещества: железо изначально "грязное", вода изначально не дистиллированная, растворение анода.

Вторая из возможных причин удушливого "газа", физико-химический процесс: железо, как правило, не чистое - с оцинковкой, грунтовкой и прочими сторонними веществами; а вода - с минералами, сульфатами и т.д. Их реакция при электролизе носит непредсказуемый характер, в воздух может выделяться что угодно. Однако мой кусочек был настолько мал (0.5x100x5), и вода водопроводная (слабо минерализованная) - эта причина маловероятна. Также отпала идея наличия посторонних веществ в самой кальцинированной соде: на упаковке в составе указана только она.

Третья из возможных причин удушливого газа, химический процесс. Если катод восстанавливается, то анод обязан разрушаться окислением, если не инертный. Нержавеющая сталь содержит в себе около 18% хрома. И этот хром при разрушении попадает в воздух в виде шестивалентного хрома или его оксида (CrO 3 , хромовый ангидрид, красноватый - далее речь о нем), сильного яда и канцерогена с отсроченным катализом рака легких. Летальная доза 0.08г/кг. Воспламеняет бензин при комнатной температуре. Выделяется при сварке нержавеющей стали. Ужас в том, что симптомы у него такие же, как у гидроксида натрия при вдыхании; и гидроксид натрия уже кажется безобидным зверьком. Судя по описанию случаев возникновения хотя бы бронхиальной астмы, нужно поработать кровельщиком 9 лет, дыша этой отравой; однако описывается явный отсроченный эффект - то есть, может выстрелить и через 5, и через 15 лет после однократного отравления.

Как проверить, выделялся ли хром из нержавейки (куда - вопрос останется). Болт после реакции стал более блестящим, по сравнению с таким же болтом из той же партии - плохой признак. Как выяснилось, нержавейка является таковой, пока существует оксид хрома в виде защитного покрытия. Если оксид хрома был разрушен окислением при электролизе - значит, такой болт будет ржаветь интенсивнее (свободное железо среагирует, а потом хром в составе нетронутой нержавейки окислится до CrO). Поэтому создал все условия для ржавления двух болтов: соленая вода и температура раствора 60-80 градусов. Нержавеющая сталь марки A2 12Х18Н9 (Х18Н9): она содержит в себе 17-19% хрома (а в нержавеющих сплавах железо-никелевых хрома еще больше, до ~35%). Один из болтов порыжел в нескольких местах, все места - в зоне контакта нержавейки с раствором! Самый рыжий - по линии соприкосновения с раствором.

И мое счастье, что сила тока была тогда всего 0.15А при электролизе, была закрыта кухня и открыто окно в ней. В сознании четко впечаталось: исключить нержавейку из электролиза или делать это на открытой местности и на расстоянии (нет нержавейки без хрома, это ее легирующий элемент). Потому что нержавейка НЕ является инертным анодом при электролизе: растворяется и выделяет ядовитый оксид хрома; диванные химики, убейтесь об стену, пока от ваших советов кто-нибудь не сдох! Остался вопрос, в каком виде, сколько и куда; но с учетом выделения на аноде именно чистого кислорода, CrO уже точно окисляется до промежуточного оксида Cr 3 O 2 (тоже ядовит, ПДК 0.01мг/м 3), а далее - до высшего оксида CrO 3: 2Cr 2 O 3 + 3O 2 = 4CrO 3 . Последнее остается предположением (необходимая щелочная среда присутствует, но нужен ли сильный нагрев для данной реакции), но лучше перестраховаться. Даже анализы крови и мочи на хром сложно сделать (отсутствуют в прайсах, нет даже в расширенном общем анализе крови).

Инертный электрод - графит. Надо в троллейбусное депо зайти, с выброшенных щеток поснимать. Потому что даже на алиэкспрессе по 250 рублей за штырь. И это самый дешевый из инертных электродов.

А вот еще 1 реальный пример, когда диванный электроник привел к материальным потерям . И к правильным знаниям, правда. Как и в этой статье. Польза от диванных пустословов? - вряд ли, они сеют хаос; и приходится подтирать за ними.

Склоняюсь к первой причине удушливого "газа": испарение в воздух раствора гидроксида натрия в угольной кислоте. Потому что при оксидах хрома используют именно шланговые противогазы с механической подачей воздуха - я бы задохнулся в своем жалком РПГ-67, однако в нем было дышать ощутимо легче в самом эпицентре.
Как проверить наличие оксида хрома в воздухе? Запустить процесс разложения воды в чистом растворе кальцинированной соды на графитовом аноде (выковырять из карандаша, но не каждый карандаш содержит именно чистый графитовый стержень) и железном катоде. И рискнуть еще раз вдохнуть воздух на кухне через 2.5 часа. Логично? Почти: симптомы едкого натра и шестивалентного оксида хрома идентичные - наличие едкого натра в воздухе не докажет отсутствие паров шестивалентного хрома. Однако отсутствие запаха без нержавейки четко выдаст результат присутствия шестивалентного хрома. Проверил, запах был - фразу с надеждой "ура! Я дышал едким натром, а не шестивалентным хромом!" можно растаскивать на анекдоты.

Что еще забыли:
- как существует кислота и щелочь вместе в одном сосуде? По идее, должны возникнуть соль и вода. Здесь очень тонкий момент, который можно понять только экспериментально (не проверял). Если разложить всю воду при электролизе и изолировать раствор от солей в осадке - варианта 2: останется либо раствор едкого натра, либо едкого натра с угольной кислотой. Если последняя есть в составе - начнется выделение соли в нормальных условиях и выпадение... кальцинированной соды: 2NaOH + H 2 CO 3 = Na 2 CO 3 + 2H 2 О. Проблема в том, что она в воде растворится тут же - жаль, на вкус нельзя попробовать и сравнить с исходным раствором: вдруг едкий натр не весь прореагировал;
- взаимодействует ли угольная кислота с самим железом? Вопрос серьезный, т.к. образование угольной кислоты происходит именно на катоде. Проверить можно, создав более концентрированный раствор и делать электролиз до тех пор, пока тонкий кусочек металла полностью не растворится (не проверял). Электролиз проходит как более щадящий метод снятия ржавчины, чем травление кислотой;
- какие симптомы вдыхания гремучего газа? Никаких + нет ни запаха, ни цвета;
- реагирует ли едкий натр и угольная кислота с пластиком? Сделать идентичный электролиз в пластиковой и стеклянной таре и сравнить мутность раствора и прозрачность поверхности тары (не проверял на стекле). Пластик - стал менее прозрачным в местах соприкосновения с раствором. Однако это оказались соли, легко счищаемые пальцем. Стало быть, пищевой пластик с раствором не реагирует. Стекло используют для хранения концентрированных и щелочей, и кислот.

Если много надышались обжигающего газа, независимо, NaOH это или CrO 3 - нужно принять "унитиол" или аналогичный препарат. И действует общее правило: какое бы отравление ни произошло, какой бы силы и происхождения оно ни было, - пить много воды в последующие 1-2 суток, если позволяют почки. Задача: убрать токсин из организма, и если рвотой или отхаркиванием этого не сделать - дать дополнительные возможности сделать это печени и мочевой системе.

Самое обидное, что это все школьная программа 9 класса. Блин, мне 31 год - и я не сдам ЕГЭ...

Электролиз интересен тем, что он поворачивает время вспять:
- раствор NaOH и H 2 CO 3 в нормальных условиях приведет к образованию кальцинированной соды, электролиз же инвертирует эту реакцию;
- железо в естественных условиях окисляется, а при электролизе восстанавливается;
- водород и кислород стремятся соединиться как угодно: смешаться с воздухом, сгореть и стать водой, впитаться или среагировать с чем-нибудь; электролиз же, наоборот, порождает газы различных веществ в чистом виде.
Локальная машина времени, не иначе: возвращает положение молекул веществ в исходное состояние.

Согласно формулам реакций, раствор из порошкового едкого натра опаснее при его создании и электролизе, но эффективнее в отдельных ситуациях:
- для инертных электродов: NaOH + 2H 2 O = NaOH + 2H 2 + O 2 (раствор является источником чистого водорода и кислорода без примесей);
- интенсивнее реагирует с органическими материалами, отсутствует угольная кислота (быстрый и дешевый обезжириватель);
- если и в качестве анода взять железо - оно начнет растворяться на аноде и восстанавливаться на катоде, утолщая слой железа на катоде при отсутствии угольной кислоты. Это - способ восстановления материала катода или покрытие его другим металлом тогда, когда под рукой нет раствора с нужным металлом. Снятие ржавчины, по мнению экспериментаторов, тоже идет быстрее, если анодом сделать железо в случае с кальцинированной содой;
- но концентрация NaOH в воздухе при испарении будет выше (еще нужно решить, что опаснее: угольная кислота с едким натром или влага с едким натром).

Ранее я писал об образовании, что куча времени теряется зря в школе и вузе. Эта статья не отменяет этого мнения, потому что рядовому человеку не пригодится в жизни матан, органическая химия или квантовая физика (только на работе, и когда мне потребовался матан спустя лет 10 - я его учил заново, совсем ничего не помнил). А вот неорганическая химия, электротехника, физические законы, русский и иностранный языки - это то, что должно быть приоритетным (еще бы ввести психологию взаимодействия полов и основы научного атеизма). Вот, учился не на факультете электроники; а потом бац, приперло, - и Visio научился пользоваться, и MultiSim и часть обозначений элементов выучил, и т.д. Если бы учился даже на факультете психологии - результат был бы тем же самым: приперло в жизни - вгрызся - разобрался. Но если бы в школе на естественных науках и языках был усилен акцент (и объяснили юным людям, почему усилен) - жить было бы проще. Что в школе, что в институте на химии: про электролиз рассказали (теория без практики), а про ядовитость паров - нет.

Напоследок пример получения чистых газов (с помощью инертных электродов): 2LiCl + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2LiOH. То есть, сначала травимся чистейшим хлором, а потом взрываемся водородом (опять к вопросу безопасности выделяемых веществ). Если бы был раствор CuSO 4 , а катод железом - металл бы из основания выбыл и оставил кислородсодержащий кислотный остаток SO4 2- , он не участвует в реакциях. Если бы кислотный остаток не содержал кислород - он бы разложился на простые вещества (что и видно на примере C 1 - , выделяющийся как Cl 2).

(добавлено 24.05.2016) Если нужно вскипятить NaOH со ржавчиной для их взаимной реакции - почему бы нет? Азота в воздухе 80%. Эффективность снятия ржавчины возрастет в разы, однако тогда точно этот процесс нужно делать на открытом воздухе.

О наводораживании металла (повышение хрупкости): не нашел никаких формул и адекватных мнений на эту тему. Если будет возможность - поставлю электролиз металла на несколько суток, добавляя реагент, - а потом постучу молотком.

(добавлено 27.05.2016) Графит можно вытащить из использованной солевой батарейки. Если будет упорно сопротивляться разборке - деформировать ее в тисках.

(добавлено 10.06.2016) Наводораживание металла: H + + e - = H адс. H адс + H адс = H 2 , где АДС - адсорбция. Если металл обладает при необходимых условиях растворять в себе водород (вот это номер!) - то он его в себе растворяет. Условия возникновения для железа не обнаружены, а для стали описаны в книге Шрейдера А.В. "Влияние водорода на химическое и нефтяное оборудование". На рисунке 58 стр. 108 есть график марки 12Х18Н10Т: при давлении, сравнимым с атмосферным, и температурой 300-900 градусов: 30-68см 3 /кг. На рисунке 59 указаны зависимости для иных марок сталей. Общая формула наводораживания стали: K s = K 0 · e -∆H/2RT , где K 0 - предэкспоненциальный множитель 1011л/моль·с, ∆H - теплота растворения стали ~1793K), R - универсальная газовая постоянная 8.3144598Дж/(моль·K), T - температура среды. В итоге при комнатной температуре 300K имеем K s = 843л/моль. Число не корректное, нужно перепроверить параметры.

(добавлено 12.06.2016) Если едкий натр не взаимодействует с металлами без высокой температуры - это безопасный (для металла) обезжириватель поддонов, кастрюль и прочего (железо, медь, нержавейка - но не алюминий, тефлон, титан, цинк).

С наводораживанием - уточнения. Предэкспоненциальный множитель K 0 лежит в диапазоне 2.75-1011л/моль·с, это не постоянная величина. Вычисление его для нержавеющей стали: 10 13 · C m 2/3 , где C m - атомная плотность стали. Атомная плотность нержавеющей стали 8 · 10 22 ат/см 3 - K 0 = 37132710668902231139280610806.786ат./см 3 = - а дальше все, залип.

Если всмотреться в графики Шрейдера, можно сделать примерный вывод о наводораживании стали в НУ (уменьшение температуры в 2 раза замедляет процесс в 1.5 раза): примерно 5.93см 3 /кг при 18.75 градусов Цельсия - но не указано время проникновения в металл такого объема. В книге Сухотина А.М., Зотикова В.С. "Химическое сопротивление материалов. Справочник" на станице 95 в таблице 8 указано влияние водорода на длительную прочность сталей. Оно позволяет понять, что наводораживание сталей водородом под давлением 150-460 атмосфер изменяет предел длительной прочности максимум в 1.5 раза на промежутке 1000-10000 часов. Поэтому не стоит рассматривать наводораживание сталей при электролизе в НУ как разрушающий фактор.

(добавлено 17.06.2016) Хороший способ разборки батарейки: не сплющивать корпус, а распускать как бутон тюльпана. От плюсового входа по кусочку отгибать вниз части цилиндра - плюсовой вход снимается, графитовый стержень оголяется - и плавно выкручивается пассатижами.

(добавлено 22.06.2016) Самые простые батарейки для разборки - ашановские. А то в некоторых моделях попадаются 8 кружков пластика для фиксации графитового стержня - его становится трудно вытащить, начинает крошиться.

(добавлено 05.07.2016) Сюрприз: графитовый стержень разрушается гораздо быстрее, чем анод из металла: буквально за несколько часов. Использование нержавейки в роли анода является оптимальным решением, если забыть о токсичности. Вывод из всей этой истории прост: электролиз проводить только на открытом воздухе. Если в этой роли будет открытый балкон - не открывать окна, а провода пропустить через резиновый уплотнитель двери (просто прижать провода дверью). С учетом тока при электролизе до 8А (интернет-мнение) и до 1.5А (мой опыт), а также максимального напряжения БП ПК 24В, - провод должен быть рассчитан на 24В/11А - это любой провод в изоляции сечением 0.5мм 2 .

Теперь об оксиде железа на уже обработанной детали. Бывают детали, в которые сложно подлезть, чтобы стереть черный налет (или предмет на реставрации, когда железной щеткой нельзя тереть поверхность). При разборе химических процессов наткнулся на способ его снятия лимонной кислотой и опробовал его. Действительно, он работает и с FeO - налет исчез/осыпался на протяжение 4 часов при комнатной температуре, а раствор позеленел. Но такой способ считается менее щадящим, т.к. кислота и металл подъедает (нельзя передерживать, постоянный контроль). Плюс требуется конечная промывка раствором соды: или остатки кислоты подъедят металл на воздухе, и получится нежелательное покрытие (шило на мыло). И нужно быть внимательным: если с Fe 2 O 3 выделяется аж 6CO, то что выделяется с FeO - предсказать сложно (кислота органическая). Предполагается, что FeO + C 6 H 8 O 7 = H 2 O + FeC 6 H 6 O 7 (образование цитрата железа) - но у меня и газ выделяется (3Fe + 2C 6 H 8 O 7 → Fe 3 (C 6 H 5 O 7) 2 + 3H 2). Еще пишут, что лимонная кислота разлагается на свету и температуре - не найду никак корректной реакции.

(добавлено 06.07.2016) Попробовал лимонную кислоту на толстом слое ржавчины на гвоздях - растворила за 29 часов. Как и предполагал: лимонная кислота годится именно для доочистки металла. Для очистки толстой ржавчины: применять высокую концентрацию лимонной кислоты, высокую температуру (вплоть до кипения), частое помешивание - для ускорения процесса, что неудобно.

Раствор кальцинированной соды после электролиза, на практике, сложно поддается регенерации. Непонятно: воды доливать или соды досыпать. Добавление поваренной соли, как катализатора, убило раствор полностью + графитовый анод разрушился буквально через час.

Итого: электролизом снимается грубая ржавчина, лимонной кислотой дотравливается FeO, деталь омывается содовым раствором - и получается почти чистое железо. Газ при реакции с лимонной кислотой - CO 2 (декарбоксилирование лимонной кислоты), темноватый налет на железе - цитрат железа (счищается легко-средне, не выполняет никаких защитных функций, растворим в теплой воде).

В теории, для восстановления монет данные способы снятия оксидов подойдут идеально. Разве что более слабые пропорции реагентов нужны для меньшей концентрации раствора и меньшие токи.

(добавлено 09.07.2016) Проводил эксперименты с графитом. Именно при электролизе кальцинированной соды он разрушается крайне быстро. Графит есть углерод, при растворении в момент электролиза он может реагировать со сталью и выпадать карбидом железа Fe 3 C. Условие 2000 градусов не выполняется, однако электролиз не есть НУ.

(добавлено 10.07.2016) При электролизе кальцинированной соды с помощью графитовых стержней нельзя повышать напряжение выше 12В. Возможно, потребуется и более низкое значение - следите за временем разрушения графита на вашем напряжении.

(добавлено 17.07.2016) Открыл метод локального снятия ржавчины .

(добавлено 25.07.2016) Вместо лимонной кислоты можно использовать щавелевую.

(добавлено 29.07.2016) Марки стали A2, A4 и прочие пишутся английскими буквами: импортная и от слова "austenitic".

(добавлено 11.10.2016) Оказывается, существует еще 1 тип ржавчины: метагидроксид железа FeO(OH). Образуется при закапывании железа в землю; на Кавказе использовали данный метод ржавления полосового железа, чтобы насытить его углеродом. Через 10-15 лет полученная высокоуглеродистая сталь становилась саблями.

Находку надо беречь от ударов и прочих нагрузок. После изъятия из земли в находке начинаются необратимые изменения. К методу нужно приступить в течение нескольких дней. Если такой возможности нет, то хранить можно, создав такие же, как в земле условия. Вредно хранить в воде, керосине, сухом помещении.

Непосредственно перед применением метода надо удалить землю с помощью щёлочи("Крота"). Для этого находку заливаем на 1 час раствором щёлочи, затем промываем водой. Никаких щёток применять не надо. Здесь и далее бережём руки и глаза. Щёлочь не совместима с Алюминием, Магнием, Цинком.

Печь и реактор

Реактор должен быть проварен со всех сторон прочным надёжным герметичным швом. Заглушка должна крепиться на болтах, которые можно легко заменить. Заглушка не должна быть герметичной. Оптимальная толщина стенок реактора 2 мм для обычной стали или 1 мм для нержавейки. Форма реактора должна быть такой, чтобы находки находились внутри на одинаковом, по возможности минимальном, расстоянии от стенок со всех сторон.

В качестве углерода применяется древесный уголь, измельчённый до гранул, размером с горох. Такой уголь даёт много пыли, которая очень вредна. Поэтому для массовых работ лучше применять активированный кокосовый уголь для фильтрации воды.

Ёмкость для выварки

Емкость для выварки это сварное корыто прямоугольной формы из обычной листовой стали с крышкой и краником для слива.

Алгоритм

1. Первый прогрев

2. После прогрева вся ржавчина восстанавливается до чистого порошкового железа. Цвет находки должен измениться с рыжего на светло серый. Если цвет светло серый то можно переходить к п.3. Если цвет чёрный то это означает, что ржавчина восстановилась не до железа а до оксида железа II. В этом случае нужно принять меры по увеличению температуры и/или времени выдержки и повторить п.1

3. Находки размещаются в ёмкости для выварки и заливаются щёлочью(Кротом). Время варки 30 мин – 1 час активного кипения. После охлаждения щёлочь слить, находки промыть проточной водой, не вынимая из ёмкости.

4. Одеть резиновые перчатки. Приготовить наждачку, напильники, надфили, полотно для ножовки, нож. Приготовить проточную воду. Под действием щёлочи порошковое железо превращается в гель. Используя любой из перечисленных инструментов, выравниваем гель на поверхности находки, как масло на хлебе. Наросты аккуратно срезаем, открываем отверстия, вычищаем втулки. Периодически промываем проточной водой. Этот пункт позволяет сэкономить время и облегчить позже слесарные работы но выполнить его можно только до того, как гель затвердеет. Обычно через час +/- после варки гель твердеет и в этом случае нужно сразу перейти к п.5. Если находка имеет сложную форму и /или требует разборки сразу переходим к п 5.

5. Разместить находки в ёмкости для выварки и залить уксусом. Концентрация: 3 бут 0,2л уксусной эссенции на 5 л воды. Кислота вливается в воду а не наоборот. Выдержать в уксусе не менее 1 часа. Цвет находок должен измениться с серого на чёрный с фиолетовым оттенком.

6. Уксус слить, находки промыть водой и опять залить щёлочью. Выдержать на менее 1 часа, промыть водой, разложить находки и высушить. Не нужно промывать водой слишком тщательно, тк остаток щёлочи на находках будет только предохранять их вплоть до следующего прогрева в печи. Этот пункт нужен только для того, чтобы находки не заржавели опять.

7. Второй прогрев

8. Слесарные работы. После второго прогрева участки порошкового железа высокой плотности превращаются в металлическое железо, участки порошкового железа низкой плотности не превращаются в металлическое железо. Слесарные работы сводятся к удалению порошкового железа и выравниванию восстановленного металлического железа. Нередко на месте наростов образуются напайки, которые тоже нужно спилить. Чаще всего крупная напайка образуется рядом с раковиной, кроме того, вся поверхность находки может быть покрыта множеством мелких напаек, которые необходимо снять. В целом на этом этапе предмету нужно придать окончательный вид. Сложные механизмы нужно разобрать и обработать каждую деталь отдельно. Работать нужно аккуратно, тк восстановленные фрагменты на этом этапе имеют низкую твёрдость, а тонкие места, края и кромки могут быть сломаны под нажимом напильника. Для нормализации восстановленного металла и перехода в «звон» требуется ещё один прогрев, но поверхности должны быть чистыми, белыми с металлическим блеском. Если на этом этапе не удаётся вывести находку на окончательный чистовой внешний вид, то повторяется п. 7, а затем слесарные работы продолжаются. По мере повторения пунктов 7-8 восстановленные фрагменты твердеют, переходят в "звон" и прочно сцепляются с окружающим металлом. В случае применения электросварки так же требуется повторить пункты 7 – 8 для гомогенизации сварного металла с историческим.

9. Окончательный прогрев. После окончательного прогрева находка должна обрести ярко белый ослепительный цвет по всей поверхности. Для чистки от пыли и получения равномерного оптического отражения применяется насадка из нержавейки со смелым нажимом или полировка при необходимости. Если находка имеет тёмный или не равномерный по всей поверхности цвет, то п.9 надо повторить, приняв меры по устранению недостатка температуры и/или времени.

10. Консервация. Для консервации я применяю горячий раствор парафина в скипидаре. Этот консервант мне лично не нравится, тк под ним находки обретают свинцовый цвет. Его большой плюс заключается в том, что он позволяет быстро пройти карантин.

11. Карантин. Находка помещается в сухое помещение типа городской квартиры. Если в глубине остались соли, то через 2 недели на поверхности находки появится локальное пятно насыщенного рыжего цвета вокруг маленькой трещины или раковины. Чаще всего такое наблюдается у массивных предметов и является следствием недостатка температуры и/или времени в п 9. Если на этапе между пунктами 9 и 10 на находку попала вода, брызги, капли пота или на неё повлияла высокая влажность воздуха, то через 2 недели на поверхности появится тонкий не яркий налёт рыжего цветы. В любом из этих двух случаев необходимо повторить пункты 9 и 10.

12. Закалка, воронение, затемнение, отладка механизмов, установка на дерево

13. Повторение пунктов 9 и 10 при необходимости.

Offline granddad

Granddad

• Город Москва

Изготовление печи для реставрации железа в углеродной среде

Небольшие артефакты можно реставрировать в обычной деревенской кирпичной печи в которую входит небольшой реактор, но для реставрации клинков, оружейных стволов домашняя печь коротковата. Сергей изготовил специальную печь под большой реактор и показал технологию ее изготовления.

Конструкция печи такая, как именно я себе это представляю исходя из опыта, без претензий на единственно возможный вариант.

Печь должна обеспечивать длительный прогрев предмета до 1000С. Оптимальный диапазон температур 900-1000С. В случае обработки предметов, украшенных цветными металлами или имеющих детали из цветных металлов, температура должна быть ниже температуры плавления цветного металла.

Для изготовления печи была взята труба большого диаметра. Можно купить б/у. Длинна трубы такая, чтобы в нее с запасам входило любое ружье или сабля помещенная в реактор.

Для улучшения тяги и равномерного прогрева длинной печи установлены три воздуховода.

На патрубки установил заслонки которые дают возможность снизить тягу и тем самым увеличить эффективное время работы печи не открывая заслонку для подкладывания дров.

Главное в любой печи хорошая тяга, которая обеспечивается высокой прямой трубой. Чем выше труба, тем лучше тяга. Диаметр трубы не должен быть меньше 180 мм.

Колосники и поддувало, неотъемлемая часть любой печи.

Подвесы для крепления реактора.

Утепление печи. Наша печь не для обогрева, а для создания оптимально высокой температуры внутри печи 900-1000 градусов и разогрева помещенного в нее реактора. Для достижения высоких температур печь «утепляем» минеральной ватой.

Так же изолируем и дверку печи и завариваем.

Печь готова, можно приступать к реставрации.

Найденное ружье образца 1812 года французского солдата скорее напоминало кусок трубы, и бесформенные части к нему, которые на воздухе очень быстро начнут рассыпаться. Бережно извлекли из земли все что звенит под катушкой металлоискателя, и не проводя чистки, как есть, вместе с землей укладываем в реактор. Подвешиваем его на подвесы. Загружаем печь дровами и, поджигаем.

Ружье после реставрации.

Замок ружья до реставрации и после реставрации.

Как себя ведёт металл некоторое время спустя после такой обработки? Не будет ли он интенсивно коррозировать?

Могут появится пятна ржавчины, если закладываете в реактор влажные артефакты. Недели через две появляются пятна. Еще, если предмет попал под дождь. Каждая капля дождя оставит рыжий налёт. В любом случае нужно использовать парафин для консервации, так как в некоторых квартирах влажность не меньше, чем в сарае. Ещё появляется локальная коррозия из-за недостаточной температуры прогрева, особенно если предмет массивный и это относится к находкам, законсервированным парафином. Этот факт я использую, как тест на качество. Если поместить готовый законсервированный парафином предмет во влажный сарай, то очаги коррозии не появятся совсем в случае, если преобразования прошли благополучно в глубоких слоях. В целом, металл ведёт себя чуть более стойко, чем не цинкованные гвозди. Удивительно, но есть предметы, которые не ржавеют совсем даже во влажном сарае в течение полугода.

Для консервации можно использовать воронение, о котором рассказывалось ранее на этом сайте.

P.S. Данный метод был опробован на многих артефактах и показал превосходные результаты. Многие вещи, даже такие миниатюрные как иголки и гвоздики времен Ивана Грозного прекрасно восстановились и восстановили свои свойства. Иголками можно шить и сейчас. Хочу поблагодарить Сергея за рассказ и дельные советы о столь нужном методе реставрации.

Offline granddad

Granddad

• Город Москва

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.

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.

Примерно через 2 часа необходимо извлечь «реактор» из печи и дать ему полностью остыть.Обратите внимание, в реактор загружаются только полностью высушенные предметы.

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.

FAQ (Вопросы, задаваемые часто)

В каком кристаллическом виде получится железо?

Я вижу три возможных варианта(внимание, всё это гипотезы и ИМХО):

1. Вблизи ядра находки атомы железа могут находиться очень плотно друг к другу. После отсоединения атома кислорода, атомы железа скорее соединятся между собой, чем останутся свободными, так как первое является более устойчивым состоянием, а внешние уровни электронов находятся в возбуждённом состоянии, что способствует образованию новых связей.
2. Вблизи ядра находки существуют такие участки кристаллических решёток железа, у которых только часть связей замещена атомами кислорода. Такие фрагменты нельзя назвать металлическим железом, так как они обладают свойствами оксида и не имеют прочность. У таких решёток достаточно отнять атомы кислорода, что бы в них восстановились прежние связи и они превратились заново в металлическое железо.
3. Совмещение двух предыдущих вариантов.
Как будет формироваться поверхность из порошкообразного железа?
Порошковое железо поверхность не сформирует, тк само его образование есть альтернатива кристаллизации. Видимо, оно формируется там, где атомы железа оказываются достаточно далеко друг от друга, что бы соединиться между собой в решётку. Порошковое железо будет удалено при дальнейшей чистке. В близи ядра артефакта плотность атомов железа значительно выше. В этой области возможна кристаллизация железа, если будут необходимые условия.
Почему сталь не отпускается?
При таких температурах многие марки стали должны отпускаться.
Почему сталь не отпускается, если в энциклопедии написано, что при таких температурах происходит отпуск(в зависимости от марки)?
У меня нет точного ответа на этот вопрос. Могу пока выдвинуть только три гипотезы.

1. Первая гипотеза обращается только к правильности постановки вопроса. Отпускается по сравнению с каким состоянием? По сравнению с заводской закалкой или по сравнению с состоянием перед процессом? Сравнивать археологическое железо с заводской закалкой нет смысла, тк в результате усталостных явлений и коррозии эта закалка ослабевает, иногда до ломкости. По сравнению с состоянием предмета до процесса прочность повышается существенно. Дело в том, что при таких температурах происходит освежение порванных связей в кр. решётках стали и происходит перекристаллизация. Поэтому предмет становится существенно прочнее, чем до процесса. Итак, по этой гипотезе сталь не отпускается, потому что утратила первоначальную закалку. Нечему отпускаться, но становится прочнее, тк происходит перекристаллизация.
2. Другая гипотеза. Допустим, происходит отпуск стали. В то же время в этих условиях происходит процесс, который называется цементацией, то есть поверхностное насыщение углеродом, которое приводит к повышению прочности. Два противоречащих друг другу процесса в итоге дают прочность, достаточную для выдержки некоторых нагрузок, возможно, меньшую, чем прочность заводская.
3. Третья гипотеза. Те марки стали, с которыми проводились эксперименты, отпускаются при больших температурах, чем 800С.

Позволяет ли представленный Вами метод термической обработки избавиться от хлоридов?
Хлориды железа и Сульфаты железа при таких температурах разлагаются, кроме FeCl2. Процедуру выведения вредных солей надо провести обязательно, но только на том этапе, который описан выше.
Почему Вы называете Ваш железный ящик реактором?
Потому что в нём происходит химическая реакция
Уместно ли применение к Вашему методу термина "восстановление"?
Уместно, потому что в основе его лежат реакции по отсоединению атомов кислорода, а это восстановительные реакции.
Уместно ли применение к Вашему методу термина "реставрация"?
Уместно, потому что в результате удаётся получить прежние размеры, форму и движение механизмов.