Rūsa, korozija, oksidēšanās
Korozija var radīt ievērojamas problēmas, ja tā grauj tērauda tiltus vai citas konstrukcijas. Korozijas novēršanai un citiem ar koroziju saistītiem{1}}jautājumiem katru gadu tiek tērēti miljardi dolāru.
Korozija ir ķīmiska reakcija, kas notiek starp divām vielām, no kurām vismaz viena ir metāls, un kurā notiek elektronu apmaiņa. Rūsa ir tas pats, kas korozija, bet tikai tad, kad šī reakcija notiek uz tērauda, to sauc par rūsu. Šī transformācija parasti ietver reakciju ar skābekli, kurā tīrs metāls tiek pārveidots par ķīmiski stabilāku metāla oksīdu.
Bieži tiek lietots termins "oksidācija", kas nozīmē, ka tā vienmēr reaģē ar skābekli. Tomēr tas ne vienmēr notiek, un termins "oksidācija" tagad tiek lietots, lai apzīmētu visas ķīmiskās reakcijas, kas saistītas ar elektronu apmaiņu.
Piemēram, tas bieži notiek baterijās vai akumulatoros, un to sauc par reduktīvo oksidācijas reakciju.
Kas ir laikapstākļiem izturīgs tērauds?
Kopš cilvēks apstrādā dzelzi, korozijai un efektīvai aizsardzībai pret koroziju ir bijusi nozīme. Cita starpā tas tiek uzklāts tā, ka oksīda slānis kļūst tik blīvs, ka tas vairs neļauj skābeklim nokļūt līdz pamatmateriālam, kas aptur oksidācijas procesu. Labs piemērs tam ir pret rūsu izturīgs tērauds, kurā hroms reaģē ar skābekli, veidojot hroma oksīdus, kas nodrošina virsmu ar skābekļa -stingru slāni. Trūkums ir tāds, ka hroma un plaši izmantotā niķeļa kombinācija nerūsējošajā tēraudā rada augstas materiālu cenas.
Jau 1932. gadā izgudrotājs Byramji D. Saklatwalla izstrādāja tērauda variantu, kas radīja skābekļa -necaurlaidīgu virsmu. Šo variantu tālāk izstrādāja United Steel Corporation un nosauca par COR-TEN tēraudu. Šis ir saīsinājums no vārdiem “KORrozijas-izturība” un “Stiepes izturība”. Laikapstākļu-izturīgs tērauds ir zema-leģētais tērauds, kas sastāv no dzelzs, kuram ir pievienots neliels daudzums vara, fosfora, silīcija, niķeļa un hroma. Materiāla stiepes izturība (teces izturība) ir aptuveni 355MPA (N/mm²). Tāpēc Corten ir Weathering tērauda zīmola nosaukums, ko piegādā tikai US Steel Corporation.
Laikapstākļu izturīgs tērauds rūsēs tāpat kā parasts konstrukcijas tērauds. Tomēr tas veidos ļoti blīvu oksīda slāni, kas neļauj skābeklim iekļūt.
Laikapstākļiem izturīga tērauda izmantošana
Laikapstākļu izturīgs tērauds tiek plaši izmantots mākslinieciskajos darbos, tāpēc tā segvārds ir "mākslinieka tērauds". To izmanto arī arhitektūras konstrukcijās, piemēram, kuģniecības konteineros, tiltos un skursteņos. Pēdējos gados tā kā jumta vai apšuvuma materiāls būvniecības nozarē ir pieaudzis. Laikapstākļiem izturīgs tērauds arī bieži tiek uzskatīts par skaņas barjeru gar lielceļiem. Turklāt šis materiāls parasti ir atrodams dažādos dārzkopības produktos, piemēram, puķu dobēs, stādījumos, žogos, redeļu grīdās vai dārza vārtos. Arī ugunskura bedres un dārza kamīni bieži ir izgatavoti no laikapstākļiem izturīga tērauda. Augstas temperatūras ietekmē laikapstākļiem pakļauts tērauds ātrāk oksidējas un ātrāk veido rūsas slāni. Pateicoties izturībai pret rūsu, šie priekšmeti parasti var kalpot ilgu laiku.
Jautājumi, kas jāņem vērā projektēšanā un būvniecībā
Lai gan laikapstākļiem izturīgs tērauds ir skābekļa-necaurlaidīgs, tas joprojām ir jutīgs pret nodilumu. To var izraisīt skābs lietus, krusa vai smilšu noberšanās. Nodilums atklāj pamatmateriālu, atsākot oksidācijas procesu. Tāpēc laikapstākļiem pakļauts tērauds pēc lietošanas perioda var izrūsēt. Augsts -sāls vide (piemēram, piekrastes zonas vai vietas, kur ziemā tiek izmantota sāls) var arī noārdīt virsmas oksīda slāni.
Lai izveidotu labu aizsargpārklājumu, tēraudam ir nepieciešami mainīgi mitri un sausi apstākļi. Ja tērauds ilgstoši tiek turēts mitrā vidē, tas galu galā izrūsēs. Tāpēc projektēšanas un būvniecības laikā ir svarīgi nodrošināt, lai neviens spraugas neļautu uzkrāties ūdenim. Problēmas var radīt arī mitras lapas, kas palikušas uz materiāla.
Metinot tēraudu, kas izturīgs pret atmosfēras iedarbību, ir jāizmanto piedevas ar tādu pašu sastāvu kā pašam tēraudam. Tas nozīmē, ka pildvielas metāla izturība nepārsniegs pamatmateriāla izturību. Tas būtiski atšķiras no piedevām, ko izmanto konstrukciju tērauda metināšanā. Turklāt metinājumam jābūt gludam, lai novērstu ūdens iekļūšanu dobumos vai spraugās.
Stiprinājumiem, piemēram, skrūvēm vai bultskrūvēm, jābūt izgatavotiem no laikapstākļiem izturīga tērauda, taču šo materiālu bieži ir grūti iegūt. Vēl viena iespēja ir izmantot stiprinājumus, kas izgatavoti no rūsa{1}}izturīga tērauda, taču tas palielina apstrādes izmaksas.
Rūsēšanas procesa laikā lietus ūdens notece var atstāt rūsas pēdas uz pamata materiāla. Šis rūsēšanas process var ilgt vairākus mēnešus.
