Проблема коррозии, как мы знаем, преследует человечество буквально с первых веков его существования. Однако и человечество в борьбе с ней поднаторело настолько, что уже на заре времен научилось создавать сооружения, практически не подверженные коррозионным процессам. О некоторых из них, а также о том, как нашим предкам, не имевшим современных познаний в химии и металлургии, удалось достичь такого выдающегося эффекта, рассказываем в новой части нашего цикла материалов.
Римские гвозди и загадка индийской колонны
Хотя человечество освоило обработку металлов еще как минимум пять тысяч лет назад, на закате каменного века, на сегодняшний день с тех древних времен до нас дошло не так много металлических конструкций в высокой степени сохранности. Разнообразные артефакты эпохи, которые регулярно попадаются археологам, так или иначе имеют следы утрат, обусловленные в том числе, конечно же, воздействием коррозии. Эту заразу древние люди тоже хорошо знали, представляли себе степень ее разрушительности и пытались изобретать всяческие средства борьбы с ней. На протяжении тысячелетий основным средством являлась, конечно, поверхностная защита: так, еще в 15-м веке нашей эры немецкий ученый, считающийся одним из отцов минералогии, Георг Агрикола, рекомендовал обмазывать металлические конструкции смолой, природным битумом и гипсом. Однако уже в то время на ум нашим далеким предкам приходили и более занятные способы защиты, некоторые из которых - конечно, сильно усовершенствованные - дожили и до наших дней.
Так, по свидетельствам историков, древние римляне, сами о том не подозревая, в какой-то момент успешно освоили... электрохимическую защиту, основанну на разности электрических потенциалов металла. Они заметили, что свинцовые пластины, которые крепили на корпуса кораблей для их защиты от червей, ржавели в местах, где их прибивали медными гвоздиками. Чтобы устранить этот эффект, шляпки гвоздей начали обмазывать расплавленным свинцом. Он устранял разность потенциалов, и коррозия прекращалась.
Впрочем, эту загадку «вечных» римских гвоздей ученых, как мы видим, разгадать удалось. Чего не скажешь, например, о столбе Чанрагупты, установленном в мемориальном комплексе Кутуб-Минар в индийском Дели. Эта колонна высотой семь метров, воздвигнутая в честь бога Вишну по повелению царя Чанрагупты II, удивительным образом не ржавеет вот уже на протяжении более чем 1 600 лет. И как именно ей удается, до сих пор достоверно не известно. Одна из наиболее правдоподобных теорий заключается в том, что в случае с индийской колонной удивительным образом сошлись воедино сразу несколько факторов. Первый - уникальный состав металла. На 98,7 % столб состоит из железа. Еще 1 % занимает фосфор, оставшееся - примеси вроде углерода, серы и марганца. Считается, что относительно высокое содержание фосфора в процессе ковки колонны обеспечило уникальный эффект: под воздействием высоких температур и интенсивных механических нагрузок он «мигрировал» ближе к поверхности металла и образовал на ней слой мисавита - гидрофосфата железа, отличающегося особой устойчивостью к коррозии. Другими словами, получилось то, что современные металлурги называют «пассивирующим слоем» - образование оксидной пленки микронной толщины, предохраняющей металл от окисления и разрушения. В качестве дополнительной, хотя и косвенной, защиты выступил сухой и жаркий климат на большей части Дели: когда металловед Йохан Вранглен получил образец металла колонны и привез его в Швецию, он стал быстро корродировать.
«Огненное» золото и секрет рыцарского доспеха
Еще один пример уже не такой древней, но все еще старинной технологии, которая использовалась для защиты конструкций от коррозии - золочение. Этот способ применялся на Руси уже с 10-11 веков - на подготовленную поверхность наклеивались несколько тончайших золотых лепестков, предохраняющих ее от контакта с агрессивной внешней средой. Позже, уже на заре 19 века, появился огневой метод золочения: когда для образования защитного слоя использовали тестообразную пасту из золотой амальгамы - соединения золота и ртути. При нагреве ртуть испарялась, а золотое покрытие оставалось. Защищенные таким образом конструкции служили уже намного дольше: если обычное золочение гарантировало эффект на протяжении примерно пятидесяти лет, то огневое - от ста и больше. Яркий пример - купола знаменитого Исаакиевского собора в Петербурге, которые практически не подвергались коррозии за все время его существования.
Еще один интересный способ борьбы с коррозией подарило нам Средневековье. А именно - средневековое рыцарство. Как известно, одной из главных ценностей любого уважающего себя рыцаря были доспехи. Они же по совместительству были одной из самых уязвимых вещей: мало того, что в них приходилось и мокнуть под дождями и пробиваться сквозь метели, так они еще и постоянно испытывали высочайшие механические нагрузки от ударов мечей, копий и топоров и подвергались воздействию агрессивных химических реагентов - например, лошадиного пота. Условия для появления коррозии создаются просто отличные - однако многие образцы средневековых доспехов сохранились до наших дней без единого рыжего пятнышка. В чем же секрет?
А секрет в сочетании технологий. Помимо того, что за доспехом ухаживали в процессе эксплуатации - сушили, полировали и смазывали маслом - его еще на этапе изготовления могли подвергнуть, например, воронению (чернению). При этой процедуре металлические части обжигаются в муфельных печах, и на их поверхности образуются те самые стойкие оксидные пленки. Другим распространенным способом было лужение: покрытие металла-основы тонким слоем другого металла - например, олова, серебра или золота. Кроме того, некоторые историки полагают, что в силу несовершенства средневековой металлургии многие получаемые в то время стали могли быть атмосферно стойкими за счет наличия в них естественных примесей. Тогда в процессе ковки получался эффект, схожий с тем, который обеспечил долгую жизнь колонне Чанрагупты - примеси мигрировали ближе к поверхности и покрывали его защитной пленкой.
Одним словом, история борьбы с коррозией - это история большого труда, недюжинной инженерной выдумки и нестандартного взгляда на вещи и процессы. Благо, сегодня от человечества такой степени напряжения уже не требуется - ведь есть готовые составы с доказанной эффективностью. Например, составы класса Zinker, защитные свойства которых основаны на электрохимической активности цинка. При нанесении на металл цинковый слой принимает на себя разрушительный удар внешних факторов, оставляя основу нетронутой на протяжении многих лет и даже десятилетий. Составы класса Zinker уже продемонстрировали высочайшую эффективность при работе с разнообразными конструкциями в сложных природных и климатических условиях - и можно с уверенностью сказать, что в будущем сфера их применения будет только расширяться.