Эйфелева башня и индийская колонна
Железо ржавеет. Из-за различного физико-химического воздействия внешней среды разрушаются и другие металлы. Ежегодно от коррозии теряется около трети годового производства металла. Потери исчисляются десятками миллиардов долларов, марок, рублей. И беда не только в том, что просто пропадает металл,— нет, разрушаются конструкции, на которые был тоже затрачен труд, ржавеют мосты, машины, крыши, памятники. Как символ достижения техники XIX в. в Париже по случаю Всемирной выставки 1889 г. была воздвигнута Эйфелева башня. В XX в. она служила радиоантенной, потом — телеантенной. На башню стали водить туристов. Постепенно она сделалась таким же символом Парижа, как Кремль — символом Москвы, шпили — символами Ленинграда, статуя Свободы и небоскребы — символами Нью-Йорка. Но башня неизлечимо больна — она изготовлена из обычной стали и неудержимо ржавеет и разрушается.
С тех пор как человек научился изготовлять предметы из металла, а это было не менее 4500 лет назад, он борется с коррозией. Эйфелева башня не простояла бы столько лет, если бы ее не красили уже семнадцать раз, отчего ее масса (9000 тонн) каждый раз увеличивалась на 70 тонн. Она — предмет постоянной заботы парижских властей.
Имеются и примеры поразительной стойкости некоторых металлических сооружений. Кто не слышал о железной колонне во дворе минарета Кутуб-Минар в Дели! Она стоит уже тысячу лет, и хоть бы что! Говорят, один иностранец решил раскрыть тайну этого нержавеющего железа и каким-то образом отколол небольшой кусочек от колонны. Каково же было его удивление и разочарование, когда еще на корабле по пути из Индии он заметил, что металл покрылся ржавчиной. В конце концов ученые предположили, что стойкость индийского железа объясняется присутствием в атмосфере Дели большого количества аммиака и тем, что в металле отсутствует сера — результат выплавки железа на древесном, а не на каменном угле: в древесном серы нет. К сожалению, такие стойкие конструкции, как эта колонна, на Земле большая редкость.
Заметные успехи в борьбе с коррозией появились лишь после того, как было установлено, что коррозия во многом имеет электрохимический характер. Немалую роль в понимании механизма коррозии сыграли исследования академика В. А. Кистяковского, члена-корреспондента АН СССР Н. А. Изгарышева (1884—1956) и члена-корреспондента АН СССР Г. В. Акимова (1901 —1953). Георгию Владимировичу Акимову мы также обязаны созданием первой в СССР научной коррозионной лаборатории и первой в мире кафедры коррозии, основанной в 1931 г. в Московском институте цветных металлов.
Электрохимическая теория коррозии, справедливо отмечал академик Я. М. Колотыркин, «указала путь не только к оценке химического сопротивления металлов и сплавов, но и к повышению их стойкости за счет направленного легирования самого металла, модифицирования агрессивной среды и регулирования потенциала».
Коррозия многолика. Стойкость конструкционных ма-териалов в отличие от их механических характеристик и физических свойств зависит от природы, состава и структуры самого материала, от технологической среды и условий эксплуатации. Пусть в ничтожном количестве, но почти любой металл содержит примеси. Поэтому разрушение часто носит локальный характер, начинаясь там, где находится скопление примеси. Особенно это стало опасно в последние годы, когда условия эксплуатации по сравнению с 30—40-ми годами стали жестче, суровее: коррозионное растрескивание металла недопустимо в изделиях очень многих отраслей промышленности — авиационной, химического и атомного машиностроения, нефтяного машиностроения.
Если среда электропроводна, а это бывает почти всегда, то на поверхности металла протекают электрохимические реакции: на аноде идет окисление металла, на катоде — восстановление. Скорость этих процессов подчиняется законам электрохимической кинетики. Казалось бы, в проводящих средах поверхность металла имеет повсюду одинаковый потенциал, разности потенциала нигде быть не должно, а следовательно, не должно быть и электрохимических реакций. Но нет! Разность создается и наличием в конструкции разных металлов и одинаковых, но по-разному обработанных (металл, подвергнутый, например, механической обработке, и металл после обжига образуют гальваническую пару), и наличием узких зазоров и тонких неэлектропроводных пленок, даже различной аэрацией среды, и коррозия начинает разъедать металл.