Как очистить металл от ржавчины электролизом

Соль на дорогах Беларуси зимой, конечно, позволяет ездить безопасно и с комфортом, но для кузова авто – это быстрая смерть! Особенно заметны изменения по стальным колесным дискам, комплект которых я использую зимой. Аналогичный комплект ездит и летом. Разительная разница между ними — уже через 3-4 года. Почти вся поверхность «зимних» дисков покрыта ржой, «летние» же в отличном состоянии.

Еще из школьного курса химии я знал о чудесных свойствах электролиза – процесса пропускания тока в растворах или расплавах. Электролиз привлек мое внимание своей относительной простотой и дешевизной в деле борьбы с коррозией (кто чистил ржу «болгаркой», тот поймет:). Пришлось немного почитать и вспомнить. Для очистки железных деталей решил применить раствор кальцинированной соды (карбонат натрия Na2CO3) в воде. При этом электролиз пройдет, как более щадящий метод снятия ржавчины (гидроксидов железа), чем травление кислотой.

Не вдаваясь глубоко в суть физико-химических процессов, электролиз железа в кальцинированной соде интересен тем, что он поворачивает время вспять:
— раствор NaOH и H2CO3 в нормальных условиях приведет к образованию кальцинированной соды, электролиз же инвертирует эту реакцию;
— железо в естественных условиях окисляется, а при электролизе восстанавливается;
— водород и кислород, образующиеся в процессе, стремятся соединиться как угодно: смешаться с воздухом, сгореть и стать водой, впитаться или среагировать с чем-нибудь. Электролиз же, наоборот, порождает газы различных веществ в чистом виде.

Кальцинированная сода нужна для получения угольной кислоты электролизом (H2CO3 выделяется на катоде), которая очищает металл, забирая ржавчину на себя в ускоренном темпе. Таким образом, электролизом снимается грубая ржавчина. Черный налет на железе после электролиза — оксид железа FeO (основной оксид не реагирует ни с кислотой, ни с едким натром), а также Fe2O3. Лимонной или щавелевой кислотой можно дотравить FeO, затем деталь омыть содовым раствором (Na2CO3), и получится почти чистое железо. После промывки можно поверхность протереть спиртом (спирт хорошо связывает воду). Если не ополоснуть металл и поставить сушиться, получится тоненький слой ржавчины. Поэтому после спирта есть немного времени на конечную обработку поверхности.

Теоретические выкладки изложил (в моем понимании). Если где-то ошибся, конструктивная критика приветствуется.

На практике пользовался тем, что было под рукой. В качестве анода (положительного электрода) использовал кусок жести. Катод (отрицательный электрод) – ржавый колесный диск под очистку. Место подключения провода на катоде очистил механически до чистого металла для лучшей проводимости. В качестве емкости использовал пластиковый таз из хозяйственного магазина под размер диска (стоил около 15$). Блок питания использовал маломощный для лабораторных практикумов (за неимением под рукой другого), о чем впоследствии пожалел: спалил диодный мост, пришлось восстанавливать. Поэтому лучше по-моему (в сочетании дешево-сердито) приобрести блок питания от системного блока компьютера, что намереваюсь сделать в следующий раз. Кальцинированную соду, пищевую соду и чистящее средство с щавелевой кислотой купил в ближайшем магазине, стоило все копейки.

Эффект превосходный! После первого подхода (3-4 часа) с колеса слои ржавчины отваливаются сами при легком механическом воздействии (например, металлической щеткой). Я использовал «балгарку» с насадкой-щеткой для ускорения процесса . То что не отслоилось, отправлял на повторный круг электролиза. Через 3-4 подхода колесный диск был очищен до металла. Затем дотравливал его в кислоте (можно смотреть по состоянию поверхности). Затем нейтрализовал раствором пищевой соды. Вытер насухо ветошью, протер спиртом и после высыхания красил. Краску использовал по ржавчине 3 в 1. Результаты на фото. Как зарекомендует себя такая покраска в эксплуатации, покажет время. Ну, а я позже выложу результаты. Всем желаю удачи и не ржаветь:)!

По возможности заниматься очисткой электролизом лучше на свежем воздухе или в хорошо проветриваемом помещении. Средства защиты: респиратор, очки, резиновые перчатки.

Понравилась статья? Следите за новыми идеями полезных авто советов в нашем канале. Подписывайтесь на нас в Яндекс.Дзене. Подписаться.

Процесс ржавчины металла может застать врасплох в самый неподходящий момент и если помедлить с его предотвращением, то в конце концов безобидное пятно преобразуется в сквозное отверстие. К сожалению, полностью предотвратить появление ржавчины на кузове автомобиля невозможно. Самым востребованным способом удаления ржавчины по сей день является полная зачистка изделия, грунтовка и последующая окраска. Но данный способ имеет свои минусы и самый главный из них, это короткий срок действия процедуры. Как правило, все вышеперечисленные манипуляции приходится выполнять регулярно минимум раз в 6 месяцев. К счастью, на смену данному способу пришла очистка кузова с помощью электролиза. Данная статья поможет разобраться с процессом очистки кузова автомобиля от ржавчины с помощью электрохимического способа.

Причины появления ржавчины

Более научное название процесса ржавчины – коррозия. Коррозия металлов представляет собой разложение железа в следствии окисления, вызванного воздействием на металл воды и кислорода. Коррозию классифицируют на:

  1. Электрохимическую. Чаще всего она вызвана избыточной влажностью окружающей среды.
  2. Химическую. Возникает при взаимодействии металла с каким-либо агрессивным веществом.
  3. Биокоррозию. В связи с воздействием на металл бактерий и прочих микроорганизмов.

В бытовых условиях, чаще всего металлы подвергаются коррозии из-за несоблюдения условий хранения изделия. Также возможно возникновение ржавчины из-за неправильно подобранного средства для ухода на кузовом машины, например, неправильного моющего средства.

Почему сложно избавиться от коррозии

При взаимодействии железа с водой, на поверхности металла образуется порошок бурого цвета, который, в свою очередь, является катализатором или ускорителем для осуществления процесса коррозии металла. На начальных стадиях ржавчины, ее зачищают, делается это для того, чтобы убрать большую часть катализатора и приостановить процесс. Но полностью избавиться от образовавшегося порошка невозможно, поэтому ржавчина появляется снова и снова.

Читайте также:  Не работает блок управления отопителем

Обратите внимание! Несмотря на мгновенный результат, механические способы удаления коррозии являются менее эффективными, потому стоит обратить внимание на химические способы борьбы с коррозией.

Электрохимический способ

Процесс представляет собой восстановление одного химического элемента за счет расщепления другого при контакте друг с другом. Для того, чтобы осуществить электролиз в домашних условиях понадобится:

  • источник тока;
  • электролит;
  • металл с отличающейся от железа электрохимической активностью.

Для начала нужно осуществить зачистку от уже образовавшейся коррозии. Для этого нужно провести манипуляции присущие механическому способу, т.е. нужно зачистить поверхность с помощью скребка или любого другого инструмента. Далее нужно подключить к плюсовой клемме источника тока любой металл меньшей химической активности нежели железо, например, кусок нержавеющей стали. На поверхность детали, которую необходимо отчистить от ржавчины, наносится кислота. Во время приближения электрода к обработанному кислотой месту, начинается активное образование кислорода, в связи с чем вещество, находящееся на поверхности изделия, начинает бурлить.

Если вы пронаблюдали данную реакцию, значит процесс очистки металла от коррозии запущен. Длительность проведения данной процедуры варьируется в зависимости от степени ржавчины и прочих факторов. По истечении времени, поверхность нужно промыть и подготовить для грунтовки и окраски. Таким образом, удаление коррозии с металлов лучше всего осуществлять с помощью электролиза нежели механического способа.

Есть такой интересный пластилин, называется "автопластилин". Был куплен на пробу как средство удаления ржавчины с металлических поверхностей. Он работает, но подходит для слабой степени загрязнения ржавчиной. Также его используют для герметизации щелей и кузовных дыр до 4-5см в диаметре, а также как антикор и виброизолятор.

Второй способ совершенно неожиданный, опять занесло в химию: снятие ржавчины электролизом. Для этого требуется:
— источник питания, выдающий высокоамперное безопасное напряжение: к примеру, переработанный БП ПК;
— болт из нержавейки как анод, очищаемая железная деталь как катод — чтобы искусственно создать то, что приводит к пожарам: гальваническую пару;
— пластиковая емкость под размер очищаемой детали;
— кальцинированная сода. Сода пищевая (кислая соль угольной кислоты) — слабая с pH≈8.1 (смыть грязь с посуды, погасить кислую среду в желудке), кальцинированная сода (натриевая соль угольной кислоты): средняя с pH≈11 (электролиз, технические нужды), едкий натр (гидроксид натрия) — сильная с pH≈11 для 1%-раствора (легко сжирает кожу с рук, класс опасности равен хлорке, 2). Пищевая не подходит, едким натром можно отправиться на тот свет — выбрана кальцинированная. Кстати, это дешевое моющее средство. В магазине "Комус" пачка 600г стоит 25руб.

В качестве опытного образца. отодрал кусочек от ржавой двери Daewoo Matiz в таком месте, чтобы не сделать сквозную дырку. Если бы это был чужой Daewoo Matiz — было бы еще веселее.

Тонкости работы:
— катод можно полностью погружать в раствор — полное снятие ржавчины с одной детали выполняется за 1 заход. Однако держатель катода (погруженный в раствор переходник) должен быть железным, иначе пойдет реакция анода-нержавейки с катодом-"крокодилом"; процесс сопровождается повышенным выделением газа (пузырьки при токе 0.5А, полученном при помощи 5В). Так я повредил и "крокодил" на аноде (от БП, случайно окунул — стал ржавым), и "крокодил" мультиметра на катоде (стал черным);
— если очищаемый образец не имеет хотя бы двух очищенных мест (соприкосновение с раствором и держателем), процесс электролиза не пойдет (слой ржавчины будет большим сопротивлением, и ток не превысит 0.02А). Кажется, есть зависимость от пятна контакта чистого металла с раствором: чем больше пятно, тем быстрее электролиз;
— чем больше напряжение, тем больше ток и скорость снятия ржавчины. В интернете ориентируются на ток 8А, но, вероятно, это имеется в виду ток после почти полной очистки металла, когда пятно контакта велико;
— в качестве емкости использовать стакан, бутылку или таз не очень выгодно (хотя многое зависит от самой детали). Я буду в будущем использовать балконный ящик 400x185x155 производства "ашан" за 53 рубля: можно положить одну большую деталь или сразу несколько маленьких, соединив их последовательно;
— концентрация раствора: 1 столовая ложка без верха на 1 литр воды — вода становится голубоватой (краситель?).

Итак, ток примерно 0.15А потек через анод и катод, спустя 2.5 часа после погружения одна сторона детали стала идеально чистой (образовавшийся черный налет легко убирается мокрой зубной щеткой). Почему одна сторона: сторона с меньшим количеством ржавчины, процесс электролиза был прерван (об этом несколько ниже). Итоговые затраты: что-то в районе 30 копеек за соду, 10 копеек за воду и 10 копеек за электричество. Разорительно! Надо еще дешевле.

Дешевле (но не безопаснее) заменить кальцинированную соду средством для промывки труб в порошке "Крот". Пачка 90 граммов стоит около 8.5 рублей. Содержит едкий натр, поэтому работать только в перчатках, очках и противогазе с патроном не менее B1P1. Потому что если порошок взвесью попадет в воздух — после попадания на кожу, глаза, в глотку и легкие будет очень, очень, очень больно (гидроксид натрия активируется при контакте с влагой).

Если же лень разводить в воде, можно использовать средство для прочистки труб производства "ашан" по 23 рубля за литр. Там 5-15% едкого натра, и этот раствор получается совсем не дешев; очередная покупка воды или воздуха втридорога. И стоит заметить, что даже при этих 5-15% едкого натра, прикрытого крышкой в пластиковом стаканчике, в помещении находиться невозможно: слабо тянет на кашель.

Читайте также:  Карты для media nav evolution

И даже на кальцинированной соде написано: использовать индивидуальные средства защиты. Кстати, при пересыпании кальцинированной соды из пакета в банку — часть ее-таки оказалась в воздухе, причем видимая глазом; просто задержал дыхание (на производстве мешки по 25кг вскрывают над специальной вытяжкой). С едким натром в этом случае я бы удрал из квартиры. В жидком "Кроте" доля едкого натра порядка 40-60%.

Кстати, о бегстве из квартиры. Важно: задерживать дыхание при близком осмотре емкости даже с кальцинированной содой! По химии получается электролиз раствора и разложение воды: на катоде 2H2, на аноде O2, но вступает в дело физика. Пузырьки газов подхватывают раствор NaOH и насыщают им воздух вместе с собой. По такому же принципу идет реакция электролиза в АКБ: вода выкипает, подхватывает с собой некоторое количество раствора серной кислоты. Есть вторая теория вопроса: что именно на аноде из нержавейки выделяются вредные пары, информацию нашел лишь на одном сайте (правда, не приведено, какие. Формулы, где формулы?!). Закончилось тем, что концентрация газа стала перехватывать дыхание (плохое проветривание?) — и когда я открыл дверь кухни спустя 2.5 часа, в ход пошел противогаз. Думал эвакуироваться из квартиры, распахнул все настежь — но противогаз с патроном А1В1 показал себя на высоте: я в нем специально потом понюхал средство для прочистки труб — почти никакого запаха.
Поэтому производить работы на балконе или в хорошо проветриваемом помещении (вплоть до сквозняка), и иметь индивидуальные средства защиты, хотя бы противогаз. Вот они, те случаи, когда спасают огнетушители, противогазы, аптечки и прочие: ой, что-то не доглядел, что-то не дописали, что-то важное не сказали.

Кстати, о снятии всего, что в своем составе имеет щелочную составляющую: сажа, копоть, жир, нагар. Чистящее средство "Антижир 365 дней" стоит около 50 рублей и сжирает все это на ура. Работать только в перчатках и крайне желательно без распылителя, чтобы не словить на кожу или глаза рикошет. Не удивлюсь, если в его состав входит едкий натр: средства такого плана содержат расплывчатую фразу "щелочные и органические растворители".

Без электролиза процесс снятия ржавчины либо крайне медленный, либо отсутствует. 4-часовое отмокание детали в 5-15% едком натре дало результат слабее, чем дал электролиз (и опять одна сторона, но без черного налета). Если у меня с током 0.15А отчистило начисто за 2.5 часа — то при токе в 8А вообще ушло бы раз в 100 меньше времени.

Теперь о формулах: законах, описывающих процесс электролиза с кальцинированной содой. Не будешь соблюдать физико-химические законы (и чтить их) — никакой боженька не поможет, и сработает закон Дарвина в виде очередного трупика. Я не хочу быть трупиком, поэтому на протяжение недели буду изучать вопрос электролиза и снятия ржавчины как физико-химические процессы. Потом ссылку сюда размещу.

Попадается информация о том, что электролиз накачивает металл водородом, и он становится хрупким. Проверю позже. Надо еще от матиза что-нибудь ржавое оторвать и еще выяснить вопрос: почему вентиляция в доме на момент выделения газа не работала.

А еще бывает стиральная сода, того же поля ягодка: Na2CO3·10H2O, pH неизвестен. Чистящее средство "Персоль" есть Na2CO3·10H2O2, при нагревании разлагается на кислород и стиральную соду — оба вещества начинают бороться с пятнами.

Некоторые детали, действительно, приходится отчищать даже электролизом несколько раз. Судя по всему, мой полуразложившийся кусочек металла — не самый тяжелый случай.

(добавлено 08.05.2016) Пришлось повторить весь курс химии школьный. Стало понятно, что это был за газ. Разобрал весь процесс электролиза с железом, вплоть до наводораживания сталей.

(добавлено 21.05.2016) В магазине "комус" второй раз попадается кальцинированная сода комками (то есть, набрала в себя влагу). Для снятия электролиза это не критично. Однако если требуется более чистая кальцинированная сода — продается в "ашане" по 10 рублей за 100 граммов в маленьких полиэтиленовых пакетиках.

(добавлено 04.07.2016) Сила тока зависит именно от площади поверхности анода: чем больше графитовый стержень из батарейки погружаешь — тем выше ток. На одном стержне от батарейки можно получить начальный ток до 1А при 12В. В процессе электролиза ток возрастает из-за очищения поверхности уже катода, а потом начинает падать из-за загрязнения раствора и разложения воды (при этом объем раствора не уменьшается). Удалось достигнуть 0.91А с начального 0.71А. С учетом, что падение напряжения на мультиметре не равно нулю (при 11.48В/0.85А падало 0.16В), реальный ток несколько выше.

Уже при токе 0.78А раствор начинает закипать, поэтому использование больших токов должно подразумевать тару хотя бы на 3см выше раствора. Крайне желательно использование разъемов "крокодил" силой тока выше 5А (лучше захват — меньше нагрев, лучше энергоэффективность).

По объему водорода выделяется много больше, чем кислорода (коэффициент 2 раза по молярному объему, помноженный на Sкатода/Sанода) — опасность взрыва в замкнутом помещении.

Специально передержал деталь в растворе (12 часов). Ни ломкости металла, ни его разрушения не замечено.

Кальцинированная сода из "комуса" почти не окрашивает раствор, из "ашана" — делает голубоватым (неужели, действительно, краситель?).

(добавлено 05.07.2016) Сюрприз: графитовый стержень разрушается гораздо быстрее, чем анод из металла: буквально за несколько часов. Использование нержавейки в роли анода является оптимальным решением, если забыть о токсичности. Вывод из всей этой истории прост: электролиз проводить только на открытом воздухе. Если в этой роли будет открытый балкон — не открывать окна, а провода пропустить через резиновый уплотнитель двери (просто прижать провода дверью). С учетом тока при электролизе до 8А (интернет-мнение) и до 1.5А (мой опыт), а также максимального напряжения напряжения БП ПК 24В, — провод должен быть рассчитан на 24В/11А — это любой провод в изоляции сечением 0.5мм 2 .

Читайте также:  Как отличить свечи ngk оригинал от подделки

Теперь об оксиде железа на уже обработанной детали. Бывают детали, в которые сложно подлезть, чтобы стереть черный налет (или предмет на реставрации, когда железной щеткой нельзя тереть поверхность). При разборе химических процессов наткнулся на способ его снятия лимонной кислотой и опробовал его. Действительно, он работает и с FeO — налет исчез/осыпался на протяжение 4 часов при комнатной температуре, а раствор позеленел. Но такой способ считается менее щадящим, т.к. кислота и металл подъедает (нельзя передерживать, постоянный контроль). Плюс требуется конечная промывка раствором соды: или остатки кислоты подъедят металл на воздухе, и получится нежелательное покрытие (шило на мыло). И нужно быть внимательным: если с Fe2O3 выделяется аж 6CO, то что выделяется с FeO — предсказать сложно (кислота органическая).

(добавлено 06.07.2016) Попробовал лимонную кислоту на толстом слое ржавчины на гвоздях — растворила за 29 часов. Как и предполагал: лимонная кислота годится именно для доочистки металла. Для очистки толстой ржавчины: применять высокую концентрацию лимонной кислоты, высокую температуру (вплоть до кипения), частое помешивание — для ускорения процесса, что неудобно.

Раствор кальцинированной соды после электролиза, на практике, сложно поддается регенерации. Непонятно: воды доливать или соды досыпать. Добавление поваренной соли, как катализатора, убило раствор полностью + графитовый анод разрушился буквально через час.

Итого: электролизом снимается грубая ржавчина, лимонной кислотой дотравливается FeO, деталь омывается содовым раствором — и получается почти чистое железо. Газ при реакции с лимонной кислотой — CO2 (декарбоксилирование лимонной кислоты), темноватый налет на железе — цитрат железа (счищается легко-средне, не выполняет никаких защитных функций, растворим в теплой воде).

В теории, для восстановления монет данные способы снятия оксидов подойдут идеально. Разве что более слабые пропорции реагентов нужны для меньшей концентрации раствора и меньшие токи.

(добавлено 09.07.2016) Проводил эксперименты с графитом. Именно при электролизе кальцинированной соды он разрушается крайне быстро. Графит есть углерод, при растворении в момент электролиза он может реагировать со сталью и выпадать карбидом железа Fe3C. Условие 2000 градусов не выполняется, однако электролиз не есть НУ.

(добавлено 10.07.2016) При электролизе кальцинированной соды с помощью графитовых стержней нельзя повышать напряжение выше 12В. Возможно, потребуется и более низкое значение — следите за временем разрушения графита на вашем напряжении.

(добавлено 17.07.2016) Странная информация получена на практике. Пусть металл жутко долго передержан в растворе лимонной кислоты. FeO растворился, но остался какой-то налет несмываемый: возможно, кристаллогидраты цитрата железа FeC6H5O7·3H2O и FeC6H5O7·5H2O (проблема в том, что в воде не растворяются). Решил чисто ради интереса положить в перекись водорода — раствор стал зеленым спустя часы, а железка получилась настолько чистая, что ввело в окончательный ступор. Дело в том, что ранее лил перекись водорода на стали и железо — они являлись катализатором разложения перекиси водорода на воду и кислород, что приводило к их коррозии (причем ощутимой на глаз). А тут — обратный эффект. Что было — не знаю; написал здесь просто как заметку.

(добавлено 01.08.2016) И анодный, и катодный "крокодилы" пошли ржавчиной — но только в воздушной среде: не протирались после работы с раствором. Поэтому требуется переходник, идущий к емкости с раствором: проще возиться с "крокодилами" переходника, чем каждый месяц интенсивного использования укорачивать провод у источника питания, дабы припаять новые "крокодилы".

Окунул "крокодил" переходника-катода в сам раствор, вместе с очищаемым железом. Железо очистилось и таким способом, крокодил остался невредим. Потом подержал железо в растворе лимонной кислоты, стравив FeO, промыл раствором пищевой соды (можно водой), протер и покрасил. Важно: если железо промыть горячим раствором (железо накопит в себе тепловую энергию) и не протереть — коррозия идет просто моментально. Поэтому, после промывки поверхности от остаточных реагентов и протирки: покраску, омеднение или иные манипуляции нужно начинать сразу; не затягивать.

Важно. Оставив электролиз на сутки (в 4 раза больше необходимого времени), естественно, добился приличного по концентрации NaOH в растворе. Купил за 30 рублей на алиэкспрессе полоски для тестирования pH (должны быть у каждого человека, занимающегося химией: проверять новые и измененные растворы). И, ради интереса, окунул — pH =11-12! Естественно, руки в раствор погружать не стал.

Можно считать данный способ снятия ржавчины в один заход полностью отработанным, со всеми желательными и нежелательными сюрпризами. Степень необходимой чистоты железа будет диктовать определенные действия; например, мне важен чистейший металл — поэтому и в лимонную кислоту окунать согласен, и промывать потом.

(добавлено 04.08.2016) Удивительно, но продолжение: модернизация концентрации раствора. На 1 литр воды — столовая ложка с верхом кальцинированной соды. Как понял, зависит от чистоты и химического состава воды. Вообще, когда уже 20-й раз готовишь раствор, 30-й, — уже не заморачиваешься именно о точности дозировки; понимаешь лишь то, что не нужно сыпать на литр не чайную ложку, не половник; и уж тем более не килограмм.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock detector