关于简单的事情，复杂的。 “睡觉的钢。” 如何用单个螺栓对生锈的螺栓或非WD-40螺栓润滑

献给所有绝望和绝望的人...松开生锈的螺母！

春天肯定来到了我们城市的大街上。 天气变得温暖起来，充满欢乐的人们开始偏爱他们真正的铁杆朋友，至少暂时忘了平板电脑和智能手机。 骑自行车的人，摩托车手和更多的季节性车辆爱好者走了，突然发现有些东西生锈了，有些东西无法拧开，等等。 等 我承认，我是发现这些的人之一：）为了防止腐蚀，这项工作没有白费，我决定在habr文章中填写累积的材料。

该信息对于绝对至少每一次必须处理生锈零件的每个人都是有用的，不仅是汽车爱好者和家庭主妇，而且还包括设备修复者，那些打算在该国油漆生锈的柱子/遭受水槽上生锈的污渍并且只想深入研究流程的人。生锈并找到有效对抗这种祸害的方法。 今天，我们正在谈论如何唤醒“沉睡的钢铁”。

好吧，传统上-不要忘记为％USERNAME％添加书签，派上用场！ :)

化学背景

我们生活在铁及其合金的世界中。 在有铁的地方，肯定会有铁锈的氧化物。 任何铁元素都会在露天生锈，唯一的问题是速度有多快。 当暴露于水，氧气，空气中含有的腐蚀性气体，黑色金属时，它们很容易转变成其化合物的化学抗性形式。 金属过渡到氧化物，氢氧化物和盐的这种自然过程始于表面，因此未保护的黑色金属表面始终覆盖着一层腐蚀产物。 这些膜的厚度取决于形成条件，范围从几分之一毫米到几毫米。 即使在有利的储存条件下，腐蚀过程也会随着时间而发展，因为许多盐具有吸湿性，并且疏松的氧化物和氢氧化物形成物吸收并保留了空气中的水，这有助于腐蚀过程的发展。

实际上，金属生锈只是大气中氧气对铁的氧化，其中水充当“催化剂”。 所有这三个主要反应描述了：

O ₂ + 4e-+ 2H ₂ O→4OH-
铁→铁²⁺ +2-
4Fe ²⁺ + O ₂ →4Fe ³⁺ + 2O ^2-

铁是一种相当活泼的金属，会释放出电子并氧化；水接受这些电子并用OH-离子碱化反应介质。 亚铁离子与OH结合^-在不溶的氢氧化铁（II）沉淀物中沉淀，该沉淀在相同的氧存在下逐渐开始形成氧化物/氢氧化物的各种组合，包括由于逐步脱水的过程。

Fe ²⁺ + 2H ₂ O⇌Fe（OH） ₂ + 2H ⁺
Fe ³⁺ + 3H ₂ O⇌Fe（OH） ₃ + 3H ⁺
铁（OH）2⇌FeO + H ₂ O
Fe（OH）3⇌FeO（OH）+ H ₂ O
2FeO（OH）⇌Fe ₂ O ₃ + H ₂ O

铁锈的成分会随着时间的流逝而缓慢变化，具体取决于周围大气的条件（氧气/水过多/缺乏）


如已经提到的，所形成的锈的成分可以根据钢的类型，电解质的存在，冲击的侵蚀性及其持续时间而变化。 一般而言，据信存在16种具有不同的晶体结构，化学组成和铁的化合价态的铁氧化物，这在理论上可以在锈中发现。 在我们地区，大多数在室温下形成的铁锈可能包含针铁矿 （α-FeO​​（OH）），方铅矿 （β-FeO（OH））， 鳞茎上皮细胞 （γ-FeO（OH））和磁铁矿 （Fe ₃ O ₄ ； Fe （II），Fe（III） ₂ O ₄ ）。 我建议记住这些名称，它们仍然有用。 大多数研究人员都同意，铁锈的主要结晶成分是γ-FeO（OH），当加热时会转变为γ-Fe2 O ₃ 。 如果零件或产品在潮湿的环境中长时间生锈，则可以在生锈中检测到少量的Fe ₃ O ₄ （通常是非化学计量组成）。 蒸馏水中的锈样品是晶体α-FeO​​（OH），γ-FeO（OH）和Fe ₃ O _4的锈。 如果金属在盐雾室中生锈，则生锈的主要晶体成分是具有层状多孔结构的γ-FeO（OH）。

我还想回想一下，盐，特别是氯离子，起加速腐蚀作用的电化学催化剂的作用（我们的冬季道路和车辆底部不会让您撒谎），并有助于形成γ-FeO（OH）。 在研究中，作者比较了在各个地方（沿海，大陆等）进行分析的铁锈。 沿海地区形成的锈主要是大片状；在土壤中水分和氯化物含量高的地区，形成了叶状的锈，而中部和北部则是粉状和细粒状的锈。 层状锈样品在与空气接触的表面上含有γ-Fe2 O ₃ ·H ₂ O，在与金属接触的表面上含有Fe ₃ O ₄ ，在中间层和薄片中发现有α-FeO​​OH和δ-FeOOH。

我为什么要告诉所有这些，然后我需要亲自认识敌人。 确定铁锈的类型越准确-消除铁锈的效率就越高。

众所周知，根据环境条件，会形成多色的锈：红锈（水合氧化物Fe ₂ O ₃ ·H ₂ O在高水平的氧气和水蒸气下形成，在非常侵蚀性的环境中，通常是均匀的大气腐蚀），黄锈（所谓的溶剂化铁锈，可溶性FeO（OH）·H ₂ O在高湿度条件下形成，大多数情况下是在金属位于水坑/死水中），棕锈（干氧化物Fe ₂ O ₃形成）在高氧含量下 是的，湿度低，通常是局部锈蚀，表现为异质斑点或仅在某些区域（金属表面的污染和缺陷）和黑锈病（Fe ₃ O ₄氧化物，在低氧含量和低湿度的环境中形成）是一种稳定的锈蚀类型，类似于金属被氧化时产生的涂层。


如果各种无机酸的离子起作用（已经提到的碳酸盐，硫酸盐，氯化物，以及溴化物，氟化物，碘化物，硝酸盐和硒酸盐），那么所谓的 绿锈


绿锈是含有铁阳离子和上述阴离子的各种结晶绿色化合物的通用名称。 在交替的需氧/厌氧条件下，暴露于含有氯离子，硫酸根，碳酸根或碳酸氢根离子的水的铁/铸铁/钢表面上会形成这种美感（？）。 例如，在船舶，桥梁等中 图片中显示了生铁锈晶体结构的一般视图。 原则上，我们可以假定常见的“红色阴影”铁锈的结构在许多方面类似于绿色，但没有酸性阴离子。



尽管生锈通常是不利的一面，但在一些例子中，生锈也可以为人服务。 一个例子是武器箱（包括使用所谓的“防锈漆”进行处理）和自制刀片的上蓝。


在金属上形成一层“黑锈”的氧化膜（如上所述），以防止金属进一步氧化。 此过程也称为氧化：

氧化-氧化还原反应在产品或工件表面形成氧化膜。 氧化主要用于获得保护性和装饰性涂层，以及形成介电层。

例如，我们可以提到德里的铁柱（又名Kutubova柱 ），该柱高7米，重6吨半，是古德里塔纳尔建筑群的一部分，位于古德里以南约20公里处。 该色谱柱因其存在的1600年实际上避免了腐蚀而广受赞誉。


从“陨铁制成”到“湿婆神的礼物”，他们对本专栏没什么期望。 但是，传统上答案很简单-“高温和干燥的空气” 将拯救俄罗斯民主之父。 如果仅将金属暴露在淡水或干燥的空气中，则薄的氧化膜可保护金属免于生锈。

螺纹防锈原样

如果我们简单介绍一下螺纹生锈的机理，事实证明它实际上与表面的金属生锈没有什么不同。 最初，水进入螺纹间通道（在螺母和螺栓之间），与空气中的氧气和铁电子结合，开始上述公式所述的过程。 作为该过程的结果，开始形成氧化铁和氢氧化铁，这些氧化铁和氢氧化物根据条件经历水合/脱水循环并形成整体多孔结构。 可以说，在螺纹内生锈与在开放金属上生锈的不同之处在于，螺纹内可能缺少氧气，并且会形成类似于黑锈的东西（Fe ₃ O ₄ ）。

可能最接近“变硬”的现象是钢筋混凝土生锈。 在相同条件下缺氧。 在这种条件下，由于氧化而形成的疏松氧化物的体积比反应的金属的体积大得多。 氧化物完全填充所有的孔和泄漏（钢筋附近的螺纹或突起），用作支撑剂或密封剂。


作为上述过程的结果，铁锈缓慢但无可避免地成为事实，使与之接触的一切受到挤压，并破坏混凝土，堵塞螺纹等。 甚至有“锈堆积”或“锈堆积”之类的东西，翻译成“大而有力”的意思是“锈堆积”。 在这些情况下，观察到所形成的氧化物的体积及其楔入压力将其腐蚀部位附近的金属零件挤出。 批量生锈的最著名例子是1983年美国米亚努斯河上的一座桥梁倒塌，造成了许多人员伤亡。


一项特殊调查发现，由于排水技术受损，雨水进入桥梁的金属结构而导致的腐蚀逐渐泄漏到铁架上。 紧固件逐渐生锈，并以毫米为单位从支撑件推下道路板的一个角。 当距离足以破坏时，一辆过往的汽车充当扳机。 从那时起，桥梁施工中出现了一个新术语，当在检查桥梁期间观察到钢板和桥梁接缝之间生锈的迹象时，该术语将被积极使用。


我希望这个过程的原理是明确的。 为了评估处理螺纹（几乎“批”）锈的现有方法，这是必需的。

销毁螺纹内锈的方法

以最简单的方式，要拧松螺栓，您需要做两件事

1. 销毁（=分散）氧化物和氢氧化物的整体多孔物质，形成密度降低的区域，“缺陷”和空腔
2. 减少整体氧化物碎片之间的摩擦，并允许它们在旋转螺母的同时轻松相对滑动

您可以通过多种方法执行此操作：

销毁方法1-机械

其实是祖父。 因为很长一段时间以来，在没有其他可能性的情况下，习惯敲敲生锈的螺纹，以期希望通过振动破坏整块板和形成的氧化物链。 卸下螺栓后，氧化物（它们足够脆弱）将继续将自身摩擦成灰尘。 该方法不是特别有效，并且还需要“感到锤子”的专家，以免无意间拧紧或铆接螺栓。

一个不错的选择是使用电动或气动冲击扳手（+也有螺丝起子，在注释中增加了红胡子 ），如图所示：


尽管在这种情况下，以及使用普通的锤子，最主要的是不要过度使用它并且不会破坏螺栓。 最好从螺母侧面安装正确选择的头部，同时用额外的扳手支撑螺栓。

如果不需要保存紧固件（例如，对于古董车），您可以简单地用角向磨光机（磨床）切割螺母并钻出螺栓。 但是这种程序的人工成本是如此之高，以致于我建议在测试了本文中描述的所有可能性之后，最后使用这种方法。

另外：我记得关于磨床的事情，但是关于扳手 （他们是螺母切割器和螺母切割器）的事-不。 感谢p_fox读者，他使我想起了这种事情。



destroy_method 2-热量

此方法基于以下认识：所有物体在加热时都会膨胀，而在冷却时会收缩。 加热螺母（或拧入螺栓的物体）将导致沿螺纹定位的氧化物整体中形成微裂纹。 加热/冷却循环的交替非常有可能导致铁锈片的压碎和“真空”的形成。 并且，一旦在图层内部形成孔，螺栓就很可能会转过来。 除了由于金属的膨胀而对氧化物层进行机械破碎之外，锈组分本身也会发生脱水。 例如，在350°C的退火条件下，铁锈主要变成磁赤铁矿（γ-Fe2 O ₃ ），在550°C的条件下形成磁铁矿，在750°C的温度下，铁锈变成磁铁矿，铁矾（FeO）和金属铁（Fe）的混合物。


以前，这种方法仅适用于乙炔或丙烷燃烧器的所有者，但是随着速卖通的出现，几乎每个人都可以购买用于“敌敌畏”缸的紧凑型燃烧器，并自行烧制生锈的螺栓和螺母。


主动除热还用于铁产品的修复中。 的确，这不仅是退火，而且是氧化物在高温下还原成元素铁的过程。 这可以通过在空气流通受限且温度为800°C的木炭层下，在一氧化碳介质（也称为CO，又称为一氧化碳）中加热生锈的产品来完成。 氢气也可以用作还原剂，特别是如果可以进入管式炉，且温度沿炉子的长度控制的话。 氨被送入炉子的反应部分，该反应器在400-600℃下在催化剂上分解成氮气和氢气。 氢将氧化物还原为“海绵铁”，这进一步需要使用保护剂（例如熔融石蜡）进行额外处理。

另外：在本节中，我将介绍Alexus819阅读器提到的激光除锈功能，该功能非常适用于光滑表面（请参见可单击的视频）。


destroy_method 3-化学

销毁螺纹锈的化学方法基于以下事实：进入氧化物层的孔和毛细管的化学成分可以与之相互作用，将锈转化为可溶化合物或将其还原为金属铁。 两者都减轻了螺纹内部的支撑剂压力，并且由于形成了其他孔或密度降低的区域而使螺母旋转。 通常，化学方法的影响机理可分为三个方向： 质子化 ， 络合和还原 。 难怪我在本文开头引用了最易生锈的“矿物”的名称。 我这样做是为了使好奇的读者可以选择合适的试剂，将其藏在扰流板下方的桌子上。


现在，通过示例详细介绍每种机制。

质子化

质子化的结果是，能够成为质子供体（H ⁺ ）的试剂与铁锈反应。 最通常地，无机无机酸用于此目的。


传统上，无机酸溶液用于从腐蚀产物中清除铁表面。 活性最高的溶液是含35％的正磷酸和5-10％的盐酸。 酸溶液-硫酸，盐酸-可让您快速去除腐蚀产物，但始终会造成一些金属酸洗。 为了防止这种情况，将腐蚀抑制剂引入酸溶液中。 , 1 ( , , 1 1 ) , , , , ( 1 , 0,1—0,5 % 0,5—1,0% ); 1 — .

: — P(C ₆ H ₅ ) ₃ , Ph ₃ P. . . .


, , , . « » №10/2018



, ( ASTM ) , « ». , , .. ( ).



— .. . , , , , . .


— Fe (III). , ( ), (EDTA) -, Calgon- . ( ), , - . , ( pH) (. ).




, , , Fe (III) Fe (II) ( Fe ⁰ , ). , , Fe (III) . , , — () , ( , ) , , , , , , , . , :


.

, 3—5%- NaOH Na ₂ SO ₃ , , . 15%- NaOH (, , , )



, , . +NaOH , . , .


, , () « ».


, , ASTM . , , , .


胶体化学家的注意事项 ：必须理解，在螺纹的情况下（而不是表面上的锈蚀），为了破坏螺纹上的所有氧化物，上述化合物必须到达它们（反应仅在反应物和氧化物之间直接接触的点发生）。 这样做是非常困难的，因为所有渗透路径都被尚未及时反应的锈紧密堵塞。 因此，除了溶解效率外，还应考虑试剂的润湿效果（渗透到孔，微裂纹和毛细管中的能力）。 下一节专门讨论这些问题。

减少摩擦或“润滑碎屑...”

正如我在上面写的，在化学，热或机械破坏铁锈的氧化物层之后，有必要减少它们之间的摩擦。 可以使用润滑脂来做到这一点是合乎逻辑的。 大多数“民间”疗法，例如各种油，煤油，汽油，丙​​酮，都不会改变“酸味”螺栓内部的锈蚀状态，但是在初始处理后，它们可以帮助自己将螺母与氧化物层的碎片一起旋转，以破坏多孔框架。

重要！ 仅当沿螺纹的路径未完全被氧化物堵塞时，才将任何碳氢化合物倒入“酸化”的螺纹上才有意义，在这种情况下，溶剂会渗透/吸附到其中，然后才起润滑剂的作用。 即 有必要用不是很生锈的螺栓或在已经接触过螺栓并且氧化物中形成孔的情况下，用各种煤油润湿。 因此，考虑到上述情况（例如， 热破坏点），将“煤油”涂在生锈的螺纹上是合乎逻辑的，然后在用锤子或其他敲击工具敲击螺栓头的同时，尝试将螺母从其位置移开。 对于带螺纹的铸铁和钢制水管，专家建议加热生锈的地方，用蜡烛涂抹石蜡，再次加热直到熔化的碳氢化合物沿螺纹吸收并滑落，然后才尝试解开。

关于WD-40的注意事项。 许多人可能听说过这件事，即“美国石化产品的胜利”。 我与一些无法想象汽车在手套箱中没有WD-40气泡的朋友不同，我对这种碳氢化合物的混合物没有太大的敬意。 对于那些不知道的人来说，这是上世纪60年代开发的一种解决方案，用于保护美国导弹军团免于生锈和腐蚀。 好吧，那么，像往常一样，普通美国人欣赏这种难以理解的液体的好处。 “ WD-40”是术语“水排量，第40个配方”的缩写，即。 他们第40次做了什么。 为了保护商业秘密，WD-40成分从未获得专利。 因此，仍然不清楚真正的开发内容。 每年，它的发现变得越来越困难（因为根据知识渊博的人的故事，我们市场上90％的WD-40都是假货），而且没有必要，因为10年前，《连线》杂志的记者将这种“煤油” 带入了天然气行业。色谱+质谱仪，发现该成分包含：矿物油，癸烷，壬烷，十一烷，十三烷，十四烷，环己烷，二甲基萘和二氧化碳，以在气缸中产生必要的压力。 MSDS（美国市场安全数据表）提供以下信息：50％-脂肪烃，<25％-矿物油，12-18％的低蒸汽压脂肪烃，可降低溶液的粘度（易挥发的稀释剂），2-3％二氧化碳，<10％惰性成分。

上面提到的解决方案通常以其令人难以置信的渗透性（或渗透性，我不记得WD粉丝怎么说）而广受赞誉。 如果从胶体化学的角度来看，事实证明这些人最有可能是指润湿现象。 简而言之，它取决于分子间相互作用的力，并包括以下内容：如果液体和固体分子之间的相互作用力大于液体分子之间的相互作用力，则液体会散布在固体表面，即 如果液体分子之间的相互作用力大于液体和固体分子之间的相互作用力，则液体润湿并且反之亦然，则液体会以液滴的形式聚集并且不会润湿液体表面。 这直接关系到表面张力 。

Tatko napaminae ：这样儿子就不会忘记提到“红色tormozuha”之类的东西，它也是制动液BSK（例如“ 1：1酒精-蓖麻油”）。


当有人从杂物箱中使用WD-40时，如果我拆卸电机，突然突然有一个生锈的紧固件，则会发生以下情况。 Tatko静静地看着这件事，然后静静地去了车库，并带来了带有红色刺激性气味液体的注射器。 涂上液体，老化30分钟，然后……实际上，在大多数情况下，它可以起作用，并且可以拧开螺母。 公平地讲，我注意到所有使用BSK的紧固件都是在电动机中，那里总是有一定量的润滑剂。 老实说，我父亲很可能仍然在车库里放了这种制动液，这些制动液专门用于生锈的紧固件中。 现在很难找到这样的选择，因为制造商抛弃了丁醇，取而代之的是各种聚乙二醇及其酯，后者渗透到螺纹毛细管中的情况要差得多。 可能是由于聚乙二醇便宜，也许是因为它们更安全。

另外： @ Alexey Shukaev阐明，从丁醇到聚乙二醇的转变与沸点的不同有关。 “过渡到气态=>可压缩性=>液压系统停止工作”-所以我不得不拒绝...

在我的记忆中，有一些例子，人们厌倦了为工厂大火找钱，喝了红色的制动液。 丁醇毕竟是与乙醇相同的一系列醇，尽管它在简单醇中毒性最高（LD ₅₀为2290-4360 mg / kg）。 通过蒸馏生产醇的大多数杂醇油是丁醇。 是他给了愤怒，无与伦比的宿醉。 但这是“消化”的时候。 和蓖麻油，以其治疗通便作用而闻名。 总的来说，多功能在苏联生产的产品...

注意 ：在现代世界中，厌倦了未能成功找到蓖麻油与丁醇的混合物的问题，使用了其类似物（相同颜色）： 自动变速箱（ATF）和丙酮的变速箱油（红色），比例为1：1。 颜色相似，效率也一样。

从这一切中得出什么？

由此得出的结论是，如果液体（某种溶剂）的表面张力小于水，那么与任何酸的水溶液相比，润湿铁锈并渗透到孔和毛细管中的速度会更好。 渗透将更好，但是将不能破坏或削弱氧化物层之间的键。 出现以下观察：

1）WD-40和各种“液体键”（例如，液体扳手）-是普通的碳氢化合物及其附近的组分，表面张力低，能够很好地润湿多孔氧化物并渗透到它们的毛细管中。


这些油品通常被螺纹完全吸收并提供润滑。 仅润滑，因为所有组件本身都是惰性的，并且对生锈没有明显影响。 从字面上一般。 因此，最好在文章中所述的破坏氧化层的方法之后/结合使用它们。 可悲的是，即使被RUST认可的RUST REMOVERs也不会腐蚀生锈并完美渗透。

2）任何被宣布为防锈剂的PB-Blaster，Rust克星和Rust溶解剂，实际上都是化学溶解的锈。 通常，它们还包含降低表面张力并提供轻润滑作用的成分。 但是这种效果是次要的。 在扰流器下有几个著名的例子：


如您所见，所有相同的强力无机酸和醇都用于赋予它们必要的流动性并降低表面张力。 +在某些情况下，腐蚀抑制剂。 即 从理论上讲，每个人都可以通过将自己喜欢的（=可用）无机酸与酒精（可用）混合来实验性地制造自己的防锈溶剂。

重要提示 ：本文中描述的所有用于破坏和破坏铁锈的化学方法不仅可以用于溶解螺栓上的“酸”螺纹，还可以用于任何形状的金属（铁/钢/铸铁）的防腐蚀处理，以及清除管道上的锈迹等

好吧，我想提供一个小吃作为小吃。 最近，为了满足化合物制造商遵守绿色化学概念的愿望，不断寻找新的，更环保的和可生物降解的组分。 各种溶剂和除锈剂并没有搁置。 最新趋势是使用酚类有机化合物单宁作为转化成分（例如代替常用的磷酸和磷酸铁）。 这些物质的单宁作用将微红色的氧化铁转变为蓝黑色稳定的单宁酸盐。 在这里，您可以放一个涩柿子及其单宁:)的地方。 一般来说，从理论上讲，完全可以选择将自己喜欢的汽车的底部生锈，而不是使用有毒的无机酸，而应使用大量的绿茶来处理它。

至此，关于锈的故事结束了，现在可以在我的电报频道lab66上看到所有更新和中间注释，然后从这些平滑注释中平滑形成哈勃尔文章。 订阅以免期望下一篇文章，而立即了解所有研究信息：)