问一位冶金学家:锈是什么?

腐蚀化学：如何清洁和保护您的金属物品

铁锈是铁与氧气和水反应时产生的化学物质的通称。“锈”在化学中定义不明确，然而，当铁暴露在外面时，可以形成许多化学物质。然而，我们通常指的是红色，片状的外观，由某些化学物质，如铁锈。

在正常的环境条件下，腐蚀的钢铁会产生许多不同的化合物。其中一些化学物质会是黑色、蓝色、黄色、灰色或棕色，这取决于它们在生锈时从环境中获取的分子。例如，含有硫的酸雨可以与铁结合形成黄铁矿分子，这种黄色矿物被称为“愚人之金”。这些矿物质根本不是我们所认为的锈。我们通常指的是某种氧化铁(III)，一种外观为红色或红棕色的物质。

因此，当我们谈到铁生锈时，我们并不总是把它与我们在日常使用的其他金属中观察到的化学变化联系起来。我们不说银或铜“生锈”。相反，据说铜会产生铜绿，而银则会使人失去光泽。所有这些术语都描述了暴露的金属腐蚀。

铁为什么会生锈?铜为什么不会生锈?

金属通过与环境的化学反应腐蚀。精制的人体可用金属通常不是最热力学稳定的形式。它们与周围空气中的分子反应以找到更稳定的状态。

在生锈的铁中，这是一个氧化过程，氧气和水作用产生氧化铁。然而，腐蚀也会发生在其他分子上。银的变色通常是由硫化氢反应产生的，硫化氢是一种闻起来像臭鸡蛋的气体，是在低氧环境中由细菌分解产生的。如果你把银放在沼泽或垃圾堆附近，它会很快失去光泽!

有些金属不会被腐蚀，因为它们在化学上已经是稳定的。金和铂就是个例子:出于这个原因，它们更可能作为纯粹的元素金属在地壳中被发现。银也是一种纯金属，因为当它失去光泽时，它本身会在金属的其余部分周围产生一个热力学稳定的密封。这个钝化膜可以防止更深的层进一步腐蚀，这个过程叫做钝化．

自由女神像之所以呈现独特的绿色，是因为铜绿是一种被动膜，可以保护下方的金属;铜的风化作用形成的铜绿保持着它与下面的铜层的结合，密封并保护它免受大气分子的伤害。

相比之下，红色氧化铁(III)不会与下方的铁结合，而是会剥离并剥落。因此，锈蚀不提供钝化层，而是腐蚀，暴露下一层铁氧化。

一些铁基合金，如不锈钢，以防锈而闻名。防锈铁合金中含有一种金属，可以在锈蚀形成之前形成一层被动的保护膜。对不锈钢来说，钝化是通过添加铬来实现的，铬会迅速氧化，留下一层非常薄的保护层来保护铁。

常见的金属腐蚀类型

金属在不同的环境中通过不同的过程被腐蚀。最简单的腐蚀形式发生在金属表面的水分和空气反应时。在盐水环境中，盐中氯的存在可以加速和缓和这一过程。在酸雨中，硫化合物可能是罪魁祸首。

盐水环境也有助于一个稍微复杂的过程电化学腐蚀．在电偶腐蚀中，两种具有非常不同电势的金属在电解液(如海水)中发生电接触或物理接触。比较被动的金属，即阴极金属，从活性金属或阳极金属中吸取电子。这种化学反应是腐蚀的一种形式，也是形成电化学电池的基础。

阳极金属中的新带电分子通过与环境中的分子结合来稳定自己，通常生成氧化物或其他矿物质。在钢铁中，这些氧化物是锈。

铝是一种在腐蚀过程中通常被钝化膜保护的金属。然而，如果用不锈钢螺钉固定铝，由于电偶腐蚀，铝可能很快被腐蚀而失效。另一方面，钢制的螺丝会更耐生锈!阳极提供稳定的电子流可以防止阴极金属的腐蚀。出于这个原因，有时“牺牲阳极”会附着在暴露在海洋中的金属上，比如船体上，以电化学方法帮助保护船舶的薄膜。

点状腐蚀腐蚀是指金属表面的腐蚀不是均匀发生的。相反，金属上出现了小洞。这些区域的快速腐蚀通常是由于材料的“密封”失效，无论是人为的密封胶，如油漆或粉末涂料，或被动式膜密封胶的顶层腐蚀。如果金属中有夹杂物，或者合金不均匀，钝化层就会失效。金属是由晶粒组成的晶体结构，这些晶粒结构有不同的相。如果化学物质是不规则的或变形的，它会导致更容易受到腐蚀的斑点，甚至会在同一种金属的全身产生电偶腐蚀。

不锈钢会生锈吗?

不锈钢是一种耐腐蚀的黑色合金，通过添加铬来防锈。不同的铬百分比被用来使它抵抗经常使用，或在盐水环境中大量使用，如316不锈钢．

然而,即使不锈钢会生锈！所有锁在金属里的铁只需要暴露在金属里就会发生反应。它依靠“密封”的被动氧化铬层来保护它。

氧化铬层只有几个分子厚，而且它不是瞬间形成的。不锈钢制造时，要用酸清洗。这种酸可以去除任何表面的铁、盐或油脂沉积物，这些沉积物可能会对铬的化学反应造成问题。根据所用酸的类型，它可以是钝化过程的一部分，也可以仅仅是准备钢在空气中自然钝化。

因为这种被动膜是一种化学物质，它可以被破坏。超过750°F的高温会导致防止氧化的铬分子发生变化，因此不锈钢焊缝周围可能会生锈。在其他情况下，铬氧化物层可以通过快速的热变化，磨损，破碎，盐，酸，和其他金属沉积物的积累。如果不锈钢与过多的铁接触，局部的铬百分比可能会低于维持薄膜所需的最低百分比(下限为10.5%)。

因此，用钢棉擦洗不锈钢，会使生锈问题更严重!随着铬的磨损，洗涤器上的钢分子可以成为贱金属的一部分，降低局部铬含量。当不锈钢的钝化失效时，铁暴露在水和空气中，就会生锈。

如何清除不锈钢上的锈

建议清洁不锈钢经常建议你必须“小心划伤铬表面”，因此建议不要使用磨料和其他化学品。这并不完全正确:锈迹表明氧化铬表面已经受到了损害。除锈的目的从非工业的上下文的不锈钢(在家或在一个小商业厨房),是先彻底清洁不锈钢合金,移除所有铁生锈而且存款,盐,油,或酸,然后允许材料”auto-passivate”,意思是与空气反应重新密封。在这样做的时候，远离所有形式的钢铁是对结果感到满意的一种方法。

清除不锈钢上的锈:

1. 可以使用像小苏打这样的温和研磨剂，用布、海绵或软毛刷擦洗表面，以去除铁锈。
2. 当锈和任何污染物被清除，铬将自动钝化，立即，创建自己的保护盾。
3. 在接下来的几天里，氧化铬层确实会变得更厚，所以一夜风干有助于建立它的保护!
4. 经过良好的冲洗后，不锈钢可以留给空气干燥，也可以用定制的不锈钢清洁剂清洗和抛光。

在制造环境中，不锈钢有时在热硝酸中清洗，这“迫使”更厚的钝化层。出于环保原因，许多制造商目前正在转向使用柠檬酸来清洁，这可能在国内更常见，然后允许不锈钢“自钝化”。

如何从铸铁和钢中去除生锈

与去除不锈钢合金上的锈不同，使用钢丝棉或钢丝刷可以帮助去除铸铁或钢上的锈!

对于简单的，较小的表面，比如生锈的铸铁锅：

1. 用一把刷子和一点肘部油脂就能去除氧化铁层。盐是一种常用的磨料。
2. 然后锅应给予良好的洗涤。
3. 锅应加热干燥，使表面的所有毛孔都有液体从毛孔中流出。
4. 铸铁必须用油调味，当烘烤到表面时，它形成聚合物密封剂。
5. 这种油可以在表面涂上薄薄的一层，然后在375°下烘烤(为了防止油渍倒置)1小时。如果需要，还可以添加其他层。
6. 食品级亚麻籽油是调味油的理想选择，提供艰难的光泽度。

对于许多形状或大小复杂的物体来说，擦洗是不实用的。在这种情况下，化学去除方法可能是最好的方法。它们的功效因人而异，这取决于所涉及的合金类型。常见的家庭配料，比如醋、糖蜜或柠檬酸可以使用。糖蜜是一个令人惊讶的选择，它确实比醋需要更长的时间，但它可以非常有效，因为它可以分解成草酸，有助于去除锈。

商业除锈产品——通常是用强酸制成的——也可以买到。亚博账号审核不过浸泡在这些液体中，然后去除和干燥可以有效地在修复锈迹斑斑的旧宝藏．

然而，和铸铁锅一样，重要的是要考虑如何保护你的钢和铁在清洗后不受这些元素的伤害。

保护黑色金属

铁，在空气和水的情况下，将生锈。这意味着只要人性是铁合作用的，我们也一直在为铁的最佳密封剂。有很多方法可以创建一个紧凑的层。

迫使钝化-密封铁或钢的一种非常常见的形式是将第一层腐蚀成氧化铁(II)，或黑色的氧化物，它的工作原理和其他金属铜绿一样，并密封金属。这个过程与铜、锌或铬发生的过程的唯一区别是，它不会发生在正常的环境条件下。因此，如果物品的顶层受损，整个物品将不得不重新加工。这被称为“蓝”，当用枪通过一个过程，或“黑”，在大多数机器车间，通过一个类似的过程，但略有不同的化学物质。在冷发黑过程中，氧化铁(II)可以涂在表面，提供稍微不持久的保护。

定期使用和护理，包括上油或打蜡一些正在加工的铁或钢大部分仍是未加工的，但使用、保养或环境会使它们保持光亮。传统上，像剑这样的武器和像刀这样的装备可能是“未加工”的，但会被干燥并涂上矿物油或食用油，这些都是需要定期重新涂抹的临时密封剂。为了长时间保存，可能会使用蜡和其他上光剂来制作印章，但这种印章在使用时仍然会磨损。

暴露于普通油的发动机部件可能是留下的，因为发动机周围的热量和油使它们不太可能生锈，但可能涂上外面。汽车排气系统依赖于完全热发动机的较高温度以防止腐蚀，因此驱动足够长的发动机块热量是防止消声器中的锈的方式。（在高性能赛车中，内部也可能被涂装，但这主要是为了帮助石油循环。）

应用密封剂许多钢铁产品被涂上一层坚硬的另一层物质来保亚博账号审核不过护。这些包括:

• 聚合油:亚麻籽油(由亚麻制成，但不符合食品级标准)是锻铁产品最初的抛光材料之一。亚博账号审核不过铁匠可能会在油中淬火或用油涂在物体上，然后将其点燃，提供传统的黑棕色光泽，这种光泽我们今天仍然在锻铁上模仿——通常是用漆、油漆或清漆。
• 热浸镀锌:在这个过程中，锌在熔池中应用于钢或铁。镀锌具有多种保护性能。首先，它会产生一层铜绿，将锌和下面的铁或钢密封起来。其次，它比它所应用的金属更“活跃”。在镀锌钢制品的使用寿命中，锌充当“牺牲阳极”。当它降解时，它保护并减缓了下面钢铁的腐蚀，即使钢铁暴露在外。
• 电镀:锌可以不通过浸浴而施加到钢上，而是通过将电荷穿过钢物体，并向其喷射带电的锌粒子。这将在金属表面产生均匀而不间断的电结合。
• 粉末喷涂:申请的过程粉末涂料就像涂锌一样，物体和密封胶都是带静电的，这意味着分子之间的结合不会有任何干扰，不会让水分通过。然后在热烤箱中将树脂粉末涂层烤到该物体上。大衣将保持光泽多年，提供卓越的保护和最低限度的维护。
• 画：无论是在室内和室外，甚至在高性能发动机的心脏，油漆是一种流行和通用的密封胶。作为一种廉价的密封胶，它仍然能很好地保护钢铁免受恶劣环境的影响。当它破裂和磨损，它是足够简单的砂和重新应用。油漆的缺点是其自身在天气中容易开裂和剥落:即使是密封胶层上的一个小洞也会在下面开始生锈的过程。然而，这些缺点有时可以通过使用一个或部分定期维护例行程序来管理。

保养金属物件

金属是一种经典的耐用材料，用于创建可以持续许多年的物体和结构。然而，大多数金属仍然容易受到腐蚀和电化学腐蚀。在开始一个项目时，考虑金属所处的环境可以让设计师挑选出在这些条件下最适合的金属。

铁很容易被氧化，只要有一点点水和氧气的痕迹，铁就会生锈。与其他金属不同，这种氧化不会形成自己的密封被动层。因此，密封剂通常与黑色金属一起使用。找到合适的类型，并在几十年的使用过程中密切关注金属，可以帮助延长任何金属物体的寿命。