Чем покрывается металл: Защитные покрытия: виды, функции, особенности

Защитные покрытия: виды, функции, особенности

Компрессорные масла Molykote

Ремонт газовых турбин: этапы восстановления деталей и периодичность инспекций установок

Водостойкая пластичная смазка Molykote G‑1502 FM

Передача «винт-гайка»: назначение, разновидности, особенности и обслуживание

В противокоррозионной практике для изоляции металла от воздействия агрессивных сред используются специальные защитные покрытия. Все они подразделяются на металлические и неметаллические.

Металлические – анодные и катодные – покрытия наносятся на поверхности методами газотермического напыления, окунания, гальванизации, плакирования или диффузии.

К неметаллическим защитным покрытиям относятся лакокрасочные составы, полимерные пленки, силикатные эмали, резины, оксиды металлов, соединения фосфора, хрома и др.

Рассмотрим все виды покрытий подробнее.

Металлические защитные покрытия

В качестве анодных металлических покрытий выступают металлы, электрохимический потенциал которых меньше, чем у обрабатываемых материалов. У катодных он, наоборот, выше.

Анодные покрытия обеспечивают электрохимическую защиту металлических поверхностей и выполняют свои функции даже при нарушении целостности слоя.

Катодные покрытия препятствуют проникновению агрессивных сред к основному металлу благодаря образованию механического барьера. Они лучше защищают поверхности от негативных воздействий, но только в случае неповрежденности.

В зависимости от способа нанесения металлические покрытия подразделяются на следующие виды.

Гальванические покрытия

Гальванизация – это электрохимический метод нанесения металлического защитного покрытия для защиты поверхностей от коррозии и окисления, улучшения их прочности и износостойкости, придания эстетичного внешнего вида.

Гальванические покрытия применяются в авиа- и машиностроении, радиотехнике, электронике, строительстве.

В зависимости от назначения конкретных деталей на них наносятся защитные, защитно-декоративные и специальные гальванические покрытия.

Защитные служат для изоляции металлических деталей от воздействия агрессивных сред и предотвращения механических повреждений. Защитно-декоративные предназначены для придания деталям эстетичного внешнего вида и их защиты от разрушительных внешних воздействий.

Специальные гальванические покрытия улучшают характеристики обрабатываемых поверхностей, повышают их прочность, износостойкость, электроизоляционные свойства и т.д.

Разновидностями гальванических покрытий являются меднение, хромирование, цинкование, железнение, никелирование, латунирование, родирование, золочение, серебрение и пр.

Газотермическое напыление

Представляет собой перенос расплавленных частиц материала на обрабатываемую поверхность газового или плазменным потоком. Покрытия, образованные таким методом, отличаются термо- и износостойкостью, хорошими антикоррозионными, антифрикционными и противозадирными свойствами, электроизоляционной или электропроводной способностью. В качестве напыляемого материала выступают проволоки, шнуры, порошки из металлов, керамики и металлокерамики.

Выделяют следующие методы газотермическогого напыления:

• Газопламенное напыление: самый простой и недорогой метод, применяемый для защиты крупных площадей поверхности от коррозии и восстановления геометрии деталей
• Высокоскоростное газопламенное напыление: используется для образования плотных металлокерамических и металлических покрытий
• Детонационное напыление: применяется для нанесения защитных покрытий, восстановления небольших поврежденных участков поверхности
• Плазменное напыление: используется для создания тугоплавких керамических покрытий
• Электродуговая металлизация: для нанесения антикоррозионных металлических покрытий на большие площади поверхности
• Напыление с оплавлением: применяется тогда, когда риск деформации деталей отсутствует или он оправдан

Погружение в расплав

При использовании этого метода обрабатываемые детали окунаются в расплавленный металл (олово, цинк, алюминий, свинец). Перед погружением поверхности обрабатываются смесью хлорида аммония (52-56 %), глицерина (5-6 %) и хлорида покрываемого металла. Это позволяет защитить расплав от окисления, а также удалить оксидные и солевые пленки.

Данный метод нельзя назвать экономичным, так как наносимый металл расходуется в больших количествах. При этом толщина покрытия неравномерна, а наносить расплав в узкие зазоры и отверстия, например, на резьбу, не представляется возможным.

Термодиффузионное покрытие

Данное покрытие, материалом для которого выступает цинк, обеспечивает высокую электрохимическую защиту стали и черных металлов. Оно обладает высокой адгезией, стойкостью к коррозии, механическим нагрузкам и деформации.

Слой термодиффузионного покрытия имеет одинаковую толщину даже на деталях сложных форм и не отслаивается в процессе эксплуатации.

Плакирование

Метод представляет собой нанесение металла термомеханическим способом: путем пластичной деформации и сильного сжатия.

Чаще всего таким образом создаются защитные, контактные или декоративные покрытия на деталях из стали, алюминия, меди и их сплавов.

Плакирование осуществляется в процессе горячей прокатки, прессования, экструзии, штамповки или сваривания взрывом.

Виды и особенности неметаллических покрытий

Неметаллические покрытия подразделяются на органические и неорганические. Они создают на обрабатываемых поверхностях тонкую, инертную по отношению к агрессивным веществам пленку, которая предохраняет детали от негативных воздействий окружающей среды.

Лакокрасочные защитные покрытия

В состав таких покрытий входят пленкообразующие вещества, наполнители, пигменты, пластификаторы, растворители и катализаторы. Варьирование состава позволяет получать материалы со специфическими свойствами (токопроводящие, декоративные, особопрочные, жаростойкие и т.п.). Они не только защищают изделия в различных условиях, но и придают им эстетичный внешний вид.

В группу лакокрасочных покрытий входят лаки, краски, грунтовки, олифы, шпаклевки.

Силикатные эмали

Применяются для изделий, работающих при высоких температурах в химически агрессивных средах.

Эмалевое защитное покрытие формируется с помощью порошка или пасты. Процесс проходит в несколько этапов. Сначала на изделие наносится грунтовая эмаль – она улучшает адгезию, уменьшает термические и механические напряжения.

Затем, после спекания первого слоя при температуре +880… + 920 °С, накладывается покровная эмаль, после чего изделие снова подвергается нагреванию до +840… +860 °С.

Если требуется нанести несколько слоев силикатной эмали, вышеописанные операции проводят поочередно несколько раз. Изделия из чугуна, к примеру, обрабатывают в 2-3 подхода.

Застывшая эмаль представляет собой тонкое, похожее на стекло, покрытие. Его основным недостатком является сравнительно низкая прочность – под воздействием ударных нагрузок эмаль может растрескиваться или скалываться.

Полимерные защитные покрытия

В число наиболее распространенных полимеров, применяющихся для защиты металлов от коррозии, входят полистирол, полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, фторопласты, эпоксидные смолы и др.

Полимерное покрытие осуществляется методами окунания, газотермического или вихревого напыления, обычной кистью. Остывая, оно образует на поверхности сплошную защитную пленку толщиной несколько миллиметров.

Разновидностью полимерных являются антифрикционные твердосмазочные покрытия. Внешне эти материалы похожи на краски, однако вместо пигментов они содержат высокодисперсные частицы твердых смазочных веществ, которые равномерно распределены в смеси связующих компонентов и растворителей.

Основу покрытий могут составлять дисульфид молибдена, графит, политетрафторэтилен (ПТФЭ) и прочие твердые смазки. В качестве связующих применяются акриловые, фенольные, полиамид-имидные, эпоксидные смолы, титанат, полиуретан и некоторые другие специальные компоненты.

Антифрикционные твердосмазочные покрытия, а также специальные растворители и очистители для предварительной подготовки поверхностей разрабатывает российская компания «Моденжи».

Материалы MODENGY применяются в средне- и тяжелонагруженных узлах трения скольжения (направляющих, зубчатых передачах, подшипниках и т.д.), на деталях двигателей внутреннего сгорания (юбках поршней, вкладышах валов, дроссельной заслонке), в резьбовом крепеже, трубопроводной арматуре, пластиковых и металлических элементах автомобилей (замках, петлях, пружинах, скобах, механизмах регулировки и т.д.), а также в других парах трения металл-металл, металл-резина, полимер-полимер, металл-полимер.

Покрытия MODENGY наносятся однократно на весь срок службы деталей. С их помощью создаются узлы трения, не требующие дальнейшего обслуживания и применения традиционных смазочных материалов.

Антифрикционные покрытия MODENGY отличаются:

• Высокой несущей способностью
• Работоспособностью в запыленной среде
• Низким коэффициентом трения
• Широким диапазоном рабочих температур
• Высокой износостойкостью
• Противозадирными и антикоррозионными свойствами
• Стойкостью к воздействию кислот, щелочей, растворителей и других химикатов
• Работоспособность в условиях радиации и вакуума

Покрытия ложатся тонким слоем, поэтому практически не меняют исходные размеры деталей, зато обеспечивают им необходимый комплекс триботехнических и защитных свойств.

Применение материалов MODENGY позволяет эффективно управлять трением, повышать ресурс и энергоэффективность оборудования.

Оксидные защитные пленки

Оксидирование – это окислительно-восстановительная реакция металлов, которая возникает благодаря их взаимодействию с кислородом, электролитом или специальными кислотно-щелочными составами. В результате этого процесса на металлических поверхностях образуется защитная пленка, которая увеличивает их твердость, снижает риск образования задиров, улучшает приработку деталей и повышает срок их службы.

Оксидирование используется для получения защитных и декоративных покрытий, а также для формирования диэлектрических слоев. Различают химические, анодные (электрохимические), термические, плазменные и лазерные методы этой обработки.

Резиновые защитные покрытия

Гуммирование, или создание защитных покрытий из резины или эбонита, помогает защитить трубопроводы, химические аппараты, резервуары для перевозки и хранения химических веществ от воздействия агрессивных сред.

Защитное покрытие может быть сформировано из мягкой или твердой резины. Консистенция контролируется добавками серы: мягкая содержит от 2 до 4 % этого вещества, твердая – от 30 до 50 %.

Покрытие наносится на предварительно очищенные и обезжиренные поверхности. Скопившийся после обработки воздух выдавливается валиком. В качестве заключительного этапа гуммирования проводится вулканизация изделий.

Резиновые покрытия являются хорошими диэлектриками, обладают стойкостью ко многим кислотам и щелочам (но не к сильным окислителям). Из существенных недостатков резиновых покрытий можно выделить их старение со временем.

Смазки и пасты

При длительном хранении и перевозке металлоизделий в качестве защитных покрытий могут использоваться специальные смазки и пасты – они препятствуют попаданию на поверхности влаги, пыли и различных газообразных веществ, наносятся кистью или методом распыления.

Консервационные материалы изготавливаются на основе минеральных масел (вазелинового, машинного) и воскообразных веществ (воска, парафина, мыла). Очень популярны смазки, в состав которых входит 5 % парафина и 95 % петролатума (смеси парафинов, масел и минеральных восков – церезинов).

Главный недостаток паст и смазок, применяющихся в качестве защитных покрытий, состоит в том, что целостность образовавшейся пленки легко нарушить. Именно поэтому лучшей альтернативой пластичных составов являются антифрикционные твердосмазочные покрытия.

Види покриття металевих виробів. Статті компанії «Крепсила»

Зношування і корозія є основними причинами виходу з ладу деталей машин та металоконструкцій. З цієї причини велика увага приділяється збільшення експлуатаційного строку і відновлення робочих поверхонь різних металевих деталей. Одним з найбільш надійних способів є нанесення на метал різних захисних та зміцнюючих покриттів.

 

Захист від корозії за допомогою металевих покриттів

При безпосередньому контакті металу з несприятливою навколишнім середовищем, відбувається окислення, що призводить до корозії. Корозія впливає не тільки на зовнішні якості виробів з металу, але і сприяють руйнуванню поверхні. Отже, поверхня виробів необхідно захищати.

Види корозійних уражень

Одним з найкращих захисних покриттів є цинк. Також для захисту від корозії часто використовують і інші метали, кадмій, олово, свинець, хром, нікель та інше. Металеві покриття користуються великою популярністю, так як вони не тільки захищають основу від корозії, але і надають поверхні ряд важливих властивостей: зносостійкість, твердість.

Блискучі металеві покриття також застосовують для додання конструкції естетично красивого вигляду. Додаткові металеві покриття допомагають відновити форму і розміри зношених деталей конструкції.

Основні методи покриттів металевих виробів

На сьогоднішній день існує кілька методів нанесення захисних покриттів на металеву поверхню деталей:

• Гарячий метод.
• Термомеханічний метод.
• Напилення.
• Гальванічний метод.

Зупинимося більш докладно на кожному з них.

Гарячий метод полягає в нанесення захисної плівки, занурюючи деталь із спеціальну ємність з розплавленим металом. Для цього використовують метали з низькою температурою плавлення, такі як олово або свинець. Цим способом наносять захисне покриття вже на готові вироби. Основним недоліком такого способу захисту є неможливість отримання необхідної товщини покриття, а також не економна витрата наносимого матеріалу.

Основний принцип термомеханічного методу полягає у використанні для захисту від корозії основного металу інший метал, який досить стійкий до впливу навколишнього середовища. Основний метал і покриття з’єднують шляхом прокатки, на основний аркуш металу накладають аркуш захисного матеріалу і в гарячому стані, за допомогою валків, прокочують поверхню листа. В результаті виходить дуже міцне з’єднання двох металів за рахунок взаємної дифузії. Даний метод захисту часто використовують в авіабудуванні.

Напилення або металізація — це процес, який полягає у нанесенні розплавленого металу на поверхню за допомогою спеціального пристосування (электрометаллизатора), який працює на основі стислого повітря. Сутність методу полягає в тому, що частинки розплавленого металу, рухаючись з великою швидкістю, спільно з повітряним потоком ударяються об поверхню металу, прикріплюються до нього, утворюючи покриття.

Схема пристрою металізатори

До недоліків такого методу можна віднести:

• Покриття, отримане таким способом, виходить пористим.
• Зчеплення покриття з поверхнею виходить слабке. Так як даний метод не забезпечує необхідної дифузії.

Більш продуктивний метод напилення називається детонації. Його принцип полягає в металевому порошку, вміщеному в камеру, який при вибуху спеціального речовини, з величезною швидкістю спрямовується до поверхні деталі. При використанні даного методу, частинки металу проникають глибоко в поверхню конструкції, утворюючи надійне покриття.

Схема детонаційного напилення

Істотною перевагою в порівнянні з іншими методами, має гальванічний метод нанесення захисного покриття. Такого методу характерні високі фізико-хімічні та механічні властивості:

• Підвищена зносостійкість і твердість.
• Мала пористість покриття.
• Висока корозійна стійкість.

Також даний метод дозволяє контролювати товщину покриття, тому він одержав широке застосування.

Принцип нанесення покриття гальванічним методом полягає у використанні електролізу. Для того щоб гальванічне покриття щільно з’єдналося з основою, поверхню деталі необхідно очистити від всіляких забруднень, жирових плям і окисних плівок.

Покриття, нанесене за допомогою хромування, володіє високою твердістю, зносостійкістю і коррозиеустойчивостью. Завдяки тому, що хром може сильно пассивироваться він набуває властивості благородних металів.

Хромування відбувається в кілька етапів:

• Очищення деталей від забруднень.
• Нанесення на деталь підшару міді і нікелю.
• Занурення деталі в ємність з насиченим розчином і вирівнювання температури.
• Підключення струму.

Деталь знаходиться в ємності до отримання необхідної товщини покриття.

Найбільш поширеним методом захисту металу від корозії є цинкування. Даний метод полягає в нанесенні цинку на поверхню вироби з металу. В залежності від необхідного ступеня захисту металевої поверхні товщина покриття може перебувати в діапазоні від 10 до 200 мкм. Оцинкований кріплення користується великим попитом, так як він поєднує в собі такі позитивні якості як надійність і прийнятна ціна.

Види та позначення покриттів

Згідно ГОСТ 9.306-85 зараз прийнято такі умовні позначення видів захисних покриттів різних деталей і кріпильних виробів:

Вид покриття	Позначення згідно з ГОСТ 9.306-85	Цифрове позначення
Цинкове, хроматированное	Ц. хр	01
Кадмиевое, хроматированное	Кд.хр	02
Багатошарове: мідь-нікель	М. Н	03
Багатошарове: мідь-нікель-хром	М. Н.Х.б	04
Окисное, просочений маслом	Хім.Окс.пзм	05
Фосфатна, просочений маслом	Хім.Фос.пзм	06
Олов’яних	Про	07
Мідне	М	08
Цинкове	Ц	09
Цинкове, гаряче	Гір. Ц	09
Окисное, наповнене хроматами	Ан. Окс. Нхр	10
Окисное, з кислих розчинів	Хім. Пас	11
Срібне	Ср	12
Нікелеве	Н	13

 

Найменування покриття ставиться після точки, в кінці позначення елемента кріплення. А число, яке ставиться відразу після позначення покриття, означає товщину нанесеного шару в мікронах.

Приклад позначення покриттів:

Болт М14-6дх80.58.019 ГОСТ 7798-70 — це позначає, що болт має покриття 01(цинкове, хромоване) з товщиною 9мкм.

 

Компанія «КрепСила» виробляє металовироби з будь-яким видом покриття, дотримуючи всі нюанси технологічного процесу. Купуючи кріпильні вироби у нас ви отримуєте якісні метизи, що мають високі показники коррозиеустойчивости.

Защитные покрытия для металлов

Различные покрытия металлов используются для изоляции этих материалов от агрессивной окружающей среды. Чтобы выполнять свою основную функцию, покрытия должны быть сплошными, непроницаемыми, равномерно распределяющимися по поверхности. Также они должны обладать хорошей адгезией, высокой износостойкостью, жаростойкостью и твердостью.

Защитные покрытия подразделяют на металлические и неметаллические. Рассмотрим подробнее обе категории.

Металлические покрытия наносятся на различные поверхности (не только на металл, но и на стекло, керамику, пластмассу и др.) в целях их защиты от коррозии, придания твердости и износостойкости, электропроводящих и декоративных функций.

Для придания поверхностям антикоррозионных свойств покрытия наносятся следующими способами:

• Гальванизацией (электролитическим методом): металл или сплав осаждается на поверхность в виде водных растворов солей путем постоянно пропускания тока через электролит
• Газотермическим напылением: расплавленный металл распыляется на обрабатываемую поверхность с помощью струи воздуха
• Окунанием: горячий способ нанесения покрытия методом погружения изделия в ванну с расплавленным металлом
• Плакированием (термомеханическим методом): на поверхность основного металла наносится другой, более устойчивый к агрессивной среде, путем литья, совместной прокатки, прессования или ковки
• Термодиффузионным методом: покрытие проникает в поверхностный слой основного металла под воздействием высокой температуры

По способу защиты металлические покрытия подразделяют на анодные и катодные – в зависимости от того, анодом или катодом является металлопокрытие к обрабатываемому изделию.

Электрохимическую защиту от коррозии осуществляют исключительно анодные покрытия, имеющие более отрицательный электрохимический потенциал. Под воздействием окружающей среды они постепенно разрушаются, но при этом сохраняют целостность изделий.

Хорошим примером анодного покрытия металлов является цинковый защитный слой не железе.

Катодные защитные покрытия, имеющие положительный электродный потенциал, используются намного реже, так как защищают детали лишь механически. Основной металл изделия, являющийся анодом, при подводе к нему влаги начинает интенсивно разрушаться, поэтому катодное покрытие должно быть сплошным, без малейших пор и царапин. Примером такого покрытия служит оловянная или медная защита на железе.

Гальванические покрытия

Гальванизация относится к электрохимическим методам нанесения металлических покрытий.

Получаемый защитный слой предупреждает коррозию и окисление, улучшает износостойкость и прочность изделий, придает им эстетичный внешний вид.

Гальванические покрытия распространены в строительстве, авиа- и машиностроении, радиотехнике и электронной промышленности.

В зависимости от назначения они бывают защитными, защитно-декоративными и специальными. Назначение первых двух понятны уже из названий. Специальные наносятся на изделия для придания им повышенной твердости и износостойкости, улучшенных электроизоляционных, магнитных и других свойств.

Разновидностями гальванизации являются меднение, хромирование, цинкование, железнение, никелирование, латунирование, родирование, золочение, серебрение, покрытие оловом.

Газотермическое напыление

Газотермическое напыление – это метод переноса расплавленных частиц на обрабатываемую поверхность при помощи газового или плазменного потока. Покрытия, образованные газотермическим способом, обладают износостойкостью, коррозионной устойчивостью, антифрикционными, противозадирными, термостойкими, электропроводными и другими свойствами.

В качестве напыляемого материала используются проволоки, шнуры и порошки из металлов, керамики или металлокерамики.

Существуют следующие методы газотермическогого напыления:

• Высокоскоростное газопламенное напыление: используется для образования плотных металлокерамических и металлических покрытий
• Детонационное напыление: применяется для восстановления небольших поврежденных участков поверхности
• Плазменное напыление: используется для создания тугоплавких керамических покрытий
• Электродуговое напыление: применяется для нанесения антикоррозионных металлических покрытий на большие площади поверхности
• Газопламенное напыление: самый простой и недорогой метод в плане внедрения и эксплуатации; используется для защиты больших поверхностей от коррозии и восстановления геометрии деталей
• Напыление с оплавлением: металлургически связывает покрытие с основанием; применяется в тех случаях, когда отсутствует риск деформации деталей или этот риск оправдан

Окунание в расплав

При использовании данного метода деталь окунается в расплавленный металл: олово, цинк, алюминий или свинец. Перед погружением поверхности обрабатываются флюсом, состоящим из хлорида аммония (52-56 %), глицерина (5-6 %) и хлорида покрываемого металла. Такая обработка позволяет удалить солевые и оксидные пленки, а также защитить расплав от окисления.

Данный метод не слишком распространен, так как расходует большое количество защитного покрытия, при этом не обеспечивая его равномерную толщину и не позволяя наносить металл в узкие зазоры.

Термодиффузионное покрытие

Данный вид обработки поверхностей по отношению к черным металлам является анодным и обеспечивает эффективную электрохимическую защиту стали. Покрытие обладает высокой адгезией с основой, в процессе эксплуатации не отслаивается. Оно также обладает высокой стойкостью к механическим нагрузкам и деформации.

Термодиффузионный метод позволяет добиться однородного по толщине слоя даже на деталях сложных форм. Кроме этого такое покрытие очень устойчиво к коррозии и не вызывает водородного охрупчивания металла. В качестве наносимого материала выступает цинк.

Неметаллические защитные покрытия применяются для изоляции металлических изделий от воздействия внешней среды (в первую очередь, влаги) и придания им эстетичного внешнего вида.

К неметаллическим относятся полимерные, резиновые, лакокрасочные, эмалевые, оксидные и др. покрытия.

Полимерные покрытия

На сегодняшний день данный вид покрытия металла является наиболее популярной альтернативой оцинковке и окраске изделий.

Детали, обработанные полимерными веществами, имеют долгий срок службы, эстетичный внешний вид, отличные электроизоляционные, высокотемпературные и противоизносные свойства.

В качестве напыляемого материала чаще всего выступают полиэстер, пластизоль, полиуретаны, поливинилдефторид и некоторые другие.

Одной из самых современных и высокотехнологичных разновидностей полимерных покрытий являются антифрикционные покрытия (АФП).

По структуре они похожи на краски, однако вместо пигмента содержат высокодисперсные частицы твердых смазочных веществ: дисульфида молибдена, графита, политетрафторэтилена (ПТФЭ) и пр. Эти компоненты равномерно распределены в полимерной связующем, в качестве которого могут выступать эпоксидные, акриловые, титанатовые и другие смолы.

Например, в России такие покрытия разрабатывает компания «Моделирование и инжиниринг».

Основным предназначением АФП MODENGY являются:

• Средне- и тяжелонагруженные узлы трения скольжения (направляющие, зубчатые передачи, подшипники и т.д.)
• Детали ДВС (юбки поршней, подшипники скольжения, дроссельная заслонка и др.)
• Пластиковые и металлические компоненты автомобилей (замки, петли, пружины, скобы, механизмы регулировки в салоне автомобиля и т.д.)
• Резьбовые соединения и крепеж
• Трубопроводная арматура
• Другие пары трения металл-металл, металл-резина, полимер-полимер, металл-полимер.

Антифрикционные твердосмазочные покрытия (АТСП) MODENGY наносятся однократно на весь срок службы узлов трения, что позволяет полностью отказаться от регулярно восполняемых масел и пластичных смазок.

Высокая популярность АТСП обусловлена их высокой несущей способностью, низким коэффициентом трения, широким диапазоном рабочих температур, устойчивостью к воздействию воды и химикатов, работоспособностью в запыленной среде, условиях радиации и вакуума.

Тонкий слой защитного покрытия практически не влияет на исходную точность размеров детали.

Эмалирование

Эмаль – это тонкое покрытие на металле, обладающее антикоррозионными свойствами. Получают его с помощью высокотемпературной обработки стекловидного порошка, смешанного с водой.

Локальный обжиг детали производится в печи или при помощи горелки. В зависимости от вида и цвета покрытия температура обжига может колебаться от +700 °C до +900 °C. Необходимо помнить, что стекловидный слой эмали нельзя подвергать грубым механическим воздействиям, так как он достаточно хрупок и легко повреждается.

Оксидирование

Оксидирование – это окислительно-восстановительная реакция металла, которая возникает благодаря взаимодействию с кислородом, электролитом или специальными кислотно-щелочными составами. Результатом процесса является образование защитной пленки, которая увеличивает твердость поверхности, увеличивает срок службы деталей, улучшает приработку, снижает образование задиров.

Оксидирование бывает анодным, химическим, термическим, плазменным, лазерным (последнее доступно только в промышленных условиях).

Окрашивание

Данный метод антикоррозионной защиты металла хорошо известен каждому. Однако лакокрасочные покрытия не отличаются термостойкостью и износостойкость, повредить их очень легко.

Основным преимуществом окрашивания является низкая стоимость и достаточно простая технология. Достаточно провести тщательную подготовку поверхности и придерживаться рекомендаций по нанесению используемого материала.

Срок службы лакокрасочных покрытий зависит от условий эксплуатации деталей. При высоких нагрузок и температурах их не применяют, используя чаще всего в качестве декоративного слоя.

Возврат к списку

Чем покрасить металл? — Мир Красок

Частая проблема уличных металлических конструкций – это саморазрушение. Агрессивная окружающая среда за короткое время запускает в металле коррозионные процессы – на незащищенной поверхности образуются продукты из гидратированных остатков железа. Воздух, вода, различные химические соединения, высокие температуры наносят сокрушительный удар по металлу.

Иногда за 1-2 года сварной забор или изящные балконные ограждения съедаются ржавчиной. Знакомая картина? Если у вас не новенькая оцинкованная или нержавеющая сталь, не изделия с идеальным порошковым покрытием, то стоит задуматься о защите конструкций специальными ЛКМ. Водосточные трубы, рамы велосипедов, металлические въездные и гаражные ворота, входные двери, сварные и кованые заборы, ограждения, разнообразные решетки и перила, садовая мебель и инструменты нуждаются в периодической защите. Как найти лучшую грунтовку по металлу и поверхностям со следами ржавчины, разберемся ниже.

Традиционная технология покраски и защиты металлических конструкций

• Полная очистка металлической щеткой или наждачной бумагой поверхности от ржавчины и всевозможных загрязнений.
• Пассивация преобразователями. Эта процедура помогает окончательно избавиться от въевшегося коррозионного налета. В результате на поверхности образуется тонкая неактивная пленка, замедляющая или вообще прекращающая коррозионные процессы.
• Однослойное грунтование специальными составами типа ГФ-021 (в нашем рейтинге грунтовок для поверхностей Ярко грунтовка ГФ 021 по металлу и дереву, Текс Универсал ГФ 021 грунтовка антикорозийная универсальная).
• Защитная и декоративная покраска финишной эмалью типа ПФ-115 (например, Текс Фазенда ПФ 115 эмаль универсальная для дерева и металла) или нитроэмалью (например, Ярославские Краски НЦ-132 нитро эмаль по металлу и дереву).

Если суммировать время на грунтование и окрашивание, то продолжительность работ окажется весьма внушительной. Слой грунтовки ГФ 021 может сохнуть до 24 часов. Финишную эмаль ПФ 115 рекомендуется наносить в 2 слоя с промежуточной суточной сушкой. Хотя нитроэмали сохнут намного быстрее, но они довольно токсичны и имеют резкий запах. Может потребоваться более двух суток, чтобы закончить только малярные работы.

Хотелось бы максимально упростить и ускорить процесс – например, нанести некий специальный материал на необработанную металлическую поверхность и гарантированно защитить ее от агрессивного воздействия воды и кислорода, а также создать максимально декоративное покрытие. И такие материалы есть на строительном рынке. Лучшая эмаль для металла обладает следующими характеристиками:

• защитное покрытие, полностью изолирующее металлическое основание от внешней среды;
• ингибиторы (преобразователи) коррозии в составе;
• грунт для увеличения адгезии к основанию;
• финишный слой, устойчивый к выцветанию, с высокими декоративными характеристиками.

Эти краски стоят несколько дороже, чем традиционные материалы, но в комплексе они значительно упрощают работы, повышая их качество.

Виды эмалей по металлу и ржавчине

Если обычной краской без предварительной подготовки покрасить черный металл, то такое покрытие не обеспечит полноценную защиту. Рано или поздно кислород и влага проникнут под пленку к основанию. А при наличии уже имеющейся ржавчины коррозионные процессы запустятся довольно быстро.

Какие же эмали по металлу и ржавчине представлены сейчас на строительных рынках и в магазинах? Во-первых, это акриловые/стирол-акриловые грунтовки и грунт-краски на водной основе с добавками фосфорной кислоты и её химических “производных”. Именно они преобразуют ржавчину в изоляционную полимерную защитную пленку. Среди таких материалов в нашем ассортименте:

• Marshall Anticorr Aqua полуглянцевая стирол-акриловая грунтующая эмаль. Она довольно быстро сохнет (межслойная сушка до 6 ч). Почти не имеет запаха благодаря водной основе. Колеруется в широкий диапазон оттенков. И главное, образует прочное эластичное покрытие, устойчивое к воздействию влаги, воздуха и некоторых химических веществ;
• VGT PREMIUM ВД-АК-1179 стирол-акриловая грунт-эмаль по ржавчине 3 в 1. В составе идут 2 ингибитора на основе фосфатов цинка, антикоррозионные пигменты и специальный наполнитель для образования пленки с чешуйчатой структурой. Эмаль имеет отличное сцепление с металлическим основанием, что позволяет создать качественный барьер на пути O2 и h3O.

Во-вторых, это эмали на основе алкидных смол, которые получили наибольшее распространение. Здесь ассортимент намного шире.

Акриловые материалы комфортны и просты в работе, но проигрывают алкидным по долговечности и устойчивости к агрессивной среде. Алкидные эмали более устойчивы к выцветанию. 

Важно! У алкидных эмалей есть ограничения по совместимости со старыми ЛКМ-покрытиями – их не стоит совмещать с масляными, нитроэмалями и пр. Лучше вообще убрать старое покрытие перед нанесением нового. Акриловые материалы можно наносить практически на всё. Дело в том, что растворитель в составе алкидной эмали может вступить в реакцию со старым покрытием.

Выделим пятерку наиболее популярных материалов 3 в 1 на алкидной основе. ТОП-5 красок для металлической поверхности:

• Hammerite гладкая эмаль по ржавчине – “первопроходец” в мире ЛКМ по ржавчине 3 в 1. Довольно долго лидировала в рейтинге лучшей краски по металлу и ржавчине. Применяется для цветных и черных металлов. Обеспечивает защиту до 8 лет;
• Tikkurila Metallista краска по ржавчине – эффективный материал для обработки металлических конструкций внутри и снаружи зданий. Помимо алкидных смол и органического растворителя в составе есть ингибиторы, грунтовка и восковые добавки;
• Alpina Direkt auf Rost глянцевая гладкая эмаль по ржавчине; 
• Ярославские Краски Спецназ бюджетная грунт-эмаль по ржавчине, в составе которых идут синтетические смолы с целевыми добавками, пигменты, наполнители, органические растворители, антикоррозионные добавки;
• Текс Ржавостоп эмаль 3 в 1 по ржавчине – специализированный красящий состав, разработанный для окраски металлических поверхностей внутри и снаружи помещений. Может наноситься прямо на ржавчину, не требует предварительной подготовки основания.

Это краски по ржавчине для наружной работы и окрашивания внутри помещений.

Рейтинг красок и рейтинги грунтовки по металлу часто имеют коммерческий характер и не являются объективными. В каждом ценовом сегменте можно найти хорошие материалы, удовлетворяющие запросам покупателя. 

Как наносить эмаль по ржавчине

Разберем технологию работ с многофункциональными эмалями на примере продукта бренда Hammerite.

Нанесение на ржавчину. Достаточно удалить рыхлую ржавчину и сильные загрязнения с поверхности, по возможности обезжирить её органическим растворителем. Подготовка основания минимальная.

Новая неокрашенная поверхность из стали и других черных металлов. Обезжирьте поверхность органическим растворителем, сполосните водой и дайте высохнуть. Нанесите краску Hammerite на поверхность.

Ранее окрашенное основание. Удалите отслаивающееся покрытие, немного зашлифуйте поверхность, очистите её от пыли и грязи. Но прежде, чем вы начнете работу с краской, проверьте ее совместимость со старым покрытием на небольшом участке. Нанесите эмаль и подождите немного. Если в течение часа ничего не произошло, можете продолжать малярные работы.

Краски для металлических поверхностей внутри помещений

И в заключение небольшая подборка материалов для интерьерных работ по металлу. Да, здесь агрессивная среда – скорее исключение, чем правило. Хотя чугунные стояки в санузлах еще не ушли в прошлое.

Tikkurila Miranol тиксотропная алкидная эмаль с незначительным запахом. Можно использовать как краску для наружных работ, так и для внутренних. Простая в использовании эмаль, почти не пахнет и хорошо распределяется по поверхности, не образуя подтеков. Подойдет как для металла, так и для дерева. Тысячи ярких глянцевых оттенков на выбор. 

Tikkurila Pesto с различной степенью блеска применяется во внутренних и наружных работах. Универсальный в применении материал – подходит для минеральных, деревянных, металлических оснований. Можно красить мебель, двери, оконные рамы, различный металлический инструмент и даже велосипеды с сельхозтехникой. Внутри помещений эмалью можно покрывать бетонные и кирпичные стены.

 

Краска 3 в 1, какая лучше, мы опять не станем выделять. Подбор правильного материала для качественного выполнения и соблюдение правил покраски – гарантия долговечной защиты ваших металлических конструкций. Лучшие краски по ржавчине – это те, что решают ваши проблемы.

Чем обработать металл перед покраской

Многие металлы имеют свойство со временем покрываться ржавчиной. Одни при этом ржавеют очень быстро, другие более устойчивы к этому процессу. Если вы решили покрасить ржавый металл, он должен быть к этому тщательно подготовлен независимо от его состава.

Первым этапом в покраске ржавого металла является его очищение от ржавчины. Этот процесс может занять довольно много времени, однако без него качество покраски будет крайне низким. Для удаления ржавчины вы можете воспользоваться, например, металлической щеткой. Таким инструментом можно пользоваться либо вручную, либо найти специальную насадку для дрели.

Очищенную с помощью щетки поверхность необходимо будет тщательно сгладить шлифовальным аппаратом. Если перед вами стоит задача очистить большую поверхность металла, возможно, лучшим вариантом будет использование пескоструйной машины. Этот аппарат поможет избавиться от ржавчины довольно быстро, не затрачивая при этом особых усилий. Кроме того, такая машина поможет вам справиться с ржавчиной в труднодоступных местах, где ручное удаление будет невозможным.

Для удаления ржавчины вы также можете воспользоваться специальными химическими средствами, которые просто растворяют ее. К таким средствам, прежде всего, относятся сильные щелочи и кислоты. Если вы решите воспользоваться таким методом, будьте крайне осторожны при работе с химическими реагентами.

Ржавчину можно и не удалять, а превратить ее в прочную пленку с помощью химических преобразователей. Такие преобразователи можно приобрести в виде эмульсии или суспензии. Однако подобные средства имеют свои недостатки, например, они добавляют свой оттенок в краску, которой покрывается металл, кроме того, слой металла за счет использования этих средств становится несколько толще.

Следующим этапом подготовки металла является его очистка от грязи и удаление жиров с поверхности. Без этих процедур покраска также будет некачественной. Протрите поверхность металла, используя сильное моющее средство. Подобные средства часто изготавливаются на основе масел цитрусовых, которые очень эффективны при очистке ржавых поверхностей. После такой очистки на металле могут появиться ржавые пятна. Избавиться от них можно обычным растворителем, смочив в нем кусок материала.

Очищенная поверхность должна быть тщательно покрыта ингибиторной грунтовкой, содержащей в своем составе оксид железа или хромат цинка. Нанесите это средство, следуя инструкции к ее применению. Старайтесь не пользоваться распылителями, грунтовка может не заполнить всю пористую поверхность металла.

Нанесите на поверхность металла 2 слоя краски, она может быть как матовой, так и глянцевой. Для нанесения краски пользуйтесь кистью или валиком. Эти инструменты обеспечат максимальный контакт с поверхностью, неокрашенных участков практически не останется.

Совет 2 : Как красить ржавую поверхность

Металлические изделия часто покрываются ржавым налетом под воздействием природных условий. Наносить краску на поверхность, покрытую ржавчиной, категорически не рекомендуется.

Инструкция

Ржавчина может повредить отдельные участки металла, а может покрывать и всю металлическую поверхность. Избавиться от этого налета довольно просто, а вот если этого не сделать, любая, даже самая качественная краска, нанесенная толстым слоем, не продержится долго. Процесс окисления металла продолжится, и ржавчина будет разъедать железо, все глубже проникая внутрь. Обработка металлических изделий и конструкций перед покраской значительно продлевает срок их службы, помогая предотвратить окисление.

Существуют специальные антикоррозийные составы, которые включают в себя 3 компонента: преобразователь ржавчины, грунт и эмаль для покраски, которые совмещены в одной банке. Они рекламируются как универсальное средство, которое можно наносить прямо на ржавую поверхность, убрав только рыхлый слой. Но если подходить к делу грамотно, лучше все же очистить поверхность металла перед покраской максимально тщательно. Эксперименты с новомодными средствами могут привести к тому, что придется заново очищать и перекрашивать железную поверхность.

На первом этапе удаления ржавчины применяется металлическая щетка. С ее помощью металл тщательно очищается от рыхлого налета. На обширных поверхностях лучше применить турбинку, снабженную зачистным кругом. Предварительно нужно купить преобразователь коррозии, это средство можно найти в любом магазине строительных материалов. Очищенную при помощи щетки поверхность обрабатывают этим составом, нанося его кистью или распылителем. При попадании преобразователя коррозии на ржавчину происходит химическая реакция, превращающая ржавый металл в твердое темное вещество. После завершения процесса очистки поверхность вскрывается слоем грунта. Приступать к покраске можно только после того, как грунт окончательно высохнет. Краска наносится как минимум в два слоя, для того, чтобы максимально минимизировать доступ влаги к железной поверхности.

Если предметы, которые подверглись воздействию ржавчины очень маленькие и их невозможно отчистить с помощью механических приспособлений, их обрабатывают путем промывания. Для этого в емкость наливают средство для удаления ржавчины и оставляют в ней мелкие детали на некоторое время. После промывки остатки ржавчины удаляют и проводят обработку специальным лаком, который предотвращает повторное появление коррозии.

Совет 3 : Как закрасить ржавую поверхность

Изделия из железа и его сплавов сильно подвержены коррозии – самопроизвольному разрушению под воздействием внешней среды. Чтобы остановить этот процесс и защитить металл от разрушительного воздействия, его поверхность необходимо закрасить.

Если ржавчиной покрыты небольшие участки или само металлическое изделие имеет небольшие размеры, можно использовать обычные лакокрасочные материалы, предназначенные для покрытия металла. При этом необходимо предварительно очистить ржавчину. Для этого используют металлические скребки и щетки, стамески. Это процесс и трудоемкий, и грязный, но он совершенно необходим, чтобы краска хорошо легла и долго держалась.

В том случае, когда ржавчиной покрыты большие участки и само изделие имеет большие размеры, очищать его поверхность от ржавчины перед покраской не обязательно. Вам необходимо использовать специальную краску, которая наносится прямо на ржавчину. Это краски, которые относятся к вододисперсионным грунтам, в состав которых входит фосфорная кислота. Благодаря ей, химический состав ржавчины преобразуется и модифицируется, и поверх нее образуется полимерная пленка, надежно защищающая поверхность металла от воздействия влаги. Такая модификация ржавчины и окалины замедляет процесс коррозии, препятствуя проникновению влаги, но под пленкой процесс может развиваться и дальше.

Для окраски ржавых металлических поверхностей также можно использовать органоразбавляемые двухупаковочные составы, состоящие из основы и отвердителя. Они содержат ингибиторы коррозии и целевые добавки на основе эпоксидных смол. Это, например, грунт-эмали: «Ржавоед-универсал», «Грэмируст», «ХВ-0278», или смесь органического раствора сополимера винилхлорида с винилацетатом с добавлением эпоксидной смолы «ХС-500». Недостатком таких водоразбавляемых красок является небольшой выбор цветов, кроме того, они имеют матовую поверхность и характеризуются относительно высокой пористостью. Вдобавок, такие покрытия можно использовать только при температурах не ниже +8оС и при влажности воздуха не выше 75%. Но вот в качестве предварительного грунтования перед последующим нанесением органоразбавляемых красок они вполне могут применяться и в более экстремальных условиях.

В более агрессивных средах для финишной отделки нужно использовать обладающие большей степенью защиты и широкой цветовой гаммой двухупаковочные органоразбавляемые краски, или появившиеся недавно одноупаковочные органоразбавляемые защитно-декоративные покрытия для ржавых металлических поверхностей. Эти современные лакокрасочные материалы имеют более высокую степень защиты, благодаря присутствию в их составе алюминиевой пудры. Она имеет высокую отражательную способность и защищает поверхность металла от любых видов излучения, одновременно снижая его температуру, делая условия эксплуатации более комфортными. Использование одноупаковочных органоразбавляемых защитно-декоративных покрытий значительно удешевляет технологию окраски ржавых поверхностей и сокращает срок ремонтных работ.

Совет 4 : Краски по ржавчине – простое решение сложной проблемы

Очищать от ржавчины большие поверхности долго, грязно и хлопотно. Заниматься такой работой совсем не хочется. Хорошо, что существует множество красок и эмалей по ржавчине, они значительно облегчают процесс окраски старой металлической поверхности.

Если делать все по правилам, покраска старого «зацветшего» ржавчиной гаража может занять очень много времени. Сложное переплетение труб тоже нелегко очищать от хлопьев ржавчины. Работа эта долгая и грязная.

Обычная краска не ложится на ржавые участки и очень быстро отваливается, если вам все же удается каким-то образом ее закрепить. В состав антикоррозийных эмалей по металлу входят специальные компоненты, которые проникают внутрь металла сквозь мельчайшие поры и останавливают разрушение.

Перед применением краски по ржавчине не нужно зачищать старую поверхность до чистого металла, достаточно обмахнуть хлопья старого покрытия, которые сами готовы отвалиться.

1. «Ржавоед универсал» — эмаль грунт, предназначенная для внутренних и наружных работ. Эту краску используют, чтобы защитить металлические конструкции от коррозии в неблагоприятных условиях, способствующих появлению ржавчины. Также «Ржавоед универсал» останавливает коррозию сплавов, укрепляет поверхность бетона и даже дерева. Краску можно наносить на те конструкции, которые эксплуатируются при температуре от — 60 до + 100оС.
2. В товарном ряду Hammerite есть много самых разных красок по ржавчине. Молотковая эмаль Hammered с силиконовыми добавками восстанавливает стойкость металлической поверхности к неблагоприятным атмосферным условиям. Подходит для обработки черных и цветных металлов, бетона, пластика, дерева. Антикоррозийный эффект держится 8 лет.
3. «Нержамет» — антикоррозийная быстросохнущая краска с алкидными смолами и полимерными добавками в составе. Ее тоже можно наносить прямо на ржавую поверхность без предварительной обработки.
4. Грунт-эмаль по ржавчине от «Новбытхим» используется для окраски и защиты поверхностей, частично или полностью подвергнувшихся коррозии. Это средство 3 в 1 — преобразователь ржавчины, декоративная покрывающая эмаль и антикоррозийный грунт.
5. Грунт-эмаль по ржавчине алкидная TICIANA используется снаружи и внутри помещения. Это средство хорошо подходит для укрепления тронутой ржой поверхности и создания антикоррозийного покрытия. TICIANA препятствует дальнейшему распространению ржавчины под слоем краски.
6. Эмаль Poli-Hammer по ржавчине кроме всех вышеперечисленных достоинств других материалов обладает отличными декоративными качествами. Старая ржавая металлическая поверхность после обработки Poli-Hammer становится внешне похожа на благородную антикварную вещь.

Распечатать

Как покрасить ржавый металл

Не получили ответ на свой вопрос?
Спросите нашего эксперта:

Источник

Источник2

Необходимость подготовки металлоизделий к окрашиванию обусловлена повышением характеристик сцепляемости подложки с лакокрасочным материалом и устойчивости металла к коррозионным процессам. Всё это положительным образом скажется на сроке службы окрашиваемых изделий. Однако большинство владельцев гораздо больше заботит наличие ржавчины, которую необходимо удалять в процессе подготовки металла, нежели проведение обезжиривания, из-за чего работы по окрашиванию проходят без проведения этой важной и обязательной операции.

Что такое обезжиривание

Суть процедуры сводится к удалению с поверхности подложки жировых веществ, которые часто присутствуют в охлаждающих эмульсиях, минеральных маслах, консервационной смазке, полировочных составах. Обезжиривание поверхности металла перед покраской приходится проводить и для удаления остатков от промывок и травления, следов от пота и пальцев. Все эти загрязнения могут крайне негативно повлиять на качество смачивания поверхности лакокрасочными материалами, а также навредить пленкообразованию и другим свойствам покрытия.

В зависимости от количества имеющихся жировых примесей на 1 квадратном метре можно выделить несколько степеней загрязненности поверхности:

• Слабую — до 1 г;
• Среднюю — от 1 до 5 г;
• Повышенную — более 5 г.

При обработке жиров химическими реагентами на поверхности возникают несколько последовательных процессов:

• Растворяющие;
• Эмульгирующие;
• Омыляющие.

В зависимости от способности жиров разрушаться под воздействием растворителей выделяют несколько типов загрязнений:

• Не подлежащие разрушению — например, эмульсии.
• Опыляемые — полировочные материалы, остатки смазок.

Химические способы

Основным видом являются органические растворители, позволяющие быстро удалить с металлических деталей зажиренные и масляные участки. Наибольшее применение они получили в индивидуальном производстве, хотя иногда их используют и в серийном, но нечасто по причине их высокой взрыво- и пожароопасности. Необходимый эффект, а именно растворение масляных и жировых наслоений, достигается в момент контакта с ними органорастворителей.

На качество обезжиривания поверхности напрямую влияет степень загрязненности растворителя, поскольку чем больше жиров содержится на поверхности, тем хуже становится способность химпрепарата растворять имеющиеся наслоения. Чаще всего для удаления жировых и масляных участков применяются алифатические и хлорированные растворители. При своей высокой эффективности очистки металла они имеют серьёзный недостаток — эти составы не способны убрать с поверхности абразивные материалы и прочие минеральные загрязнения.

Водные растворы

Как известно, вода обладает плохой способностью к очищению, что связано со значительным поверхностным натяжением и несовместимостью с жирами. Поэтому при смачивании ею зажиренных поверхностей устойчивых эмульсий не образуется. Для повышения моющих свойств водного раствора производители прибегают к различным приёмам — увеличивают уровень кислотности pH, повышают температурный режим применения до диапазона 50—65 градусов Цельсия, вводят в состав поверхностно-активные вещества.

Щелочные обезжириватели

Эти составы обладают массой положительных свойств. В их числе высокая очищающая способность, пожаробезопасность, экологичность, широкий выбор способов нанесения. При обработке водными растворами омыляемых жиров и масел последние неизбежно разрушаются, а неомыляемые загрязнения эмульгируются. Последний случай можно описать как процесс отслоения жировых слоев от поверхности с постепенным превращением в рабочую жидкость и удалением вместе с рабочим раствором. Главным недостатком этих составов является необходимость проведения антикоррозионной обработки поверхности после ее очистки.

Лучше всего с жировыми и масляными участками среди присутствующих в составе моющих растворов компонентов справляются поверхностно-активные вещества — ПАВ. После попадания на поверхность они образуют на ней пену, одновременно уменьшая межфазное и поверхностное натяжение, повышая смачиваемость и разрушая твердые и жидкие загрязнения, переводя их в более удобную форму для удаления. Содержание ПАВ в жироочистителях, как правило, колеблется в пределах 10%.

В случае возникновения необходимости наряду с обезжириванием удалить тонкие окисные или гидроокисные пленки применяются кислые растворы, содержащие фосфорную кислоту 1—3%.

После обработки поверхностей очищающими составами их обязательно промывают водой. Присутствие солевых остатков недопустимо, поскольку они способны разрушать свойства лакокрасочных плёнок, повышая влагопроницаемость и ускоряя развитие подпленочной коррозии.

Эмульсионные составы

В тех случаях, когда возникает необходимость в удалении с поверхности нагаров масел, консистентной смазки, трудновыводимых загрязнений, используют эмульсионное обезжиривание. Этот способ является комбинированным и обладает достоинствами органорастворителей и водных щелочных растворов. Эти составы содержат эмульсии растворителей и разведенные с водой ПАВ. В качестве растворителей могут использоваться хлорированные или алифатические углеводороды.

Ультразвуковые и электрохимические методы

Для повышения очищающей способности моющих составов применяются специальные ванны с ультразвуковым полем. Этот метод наиболее актуален для малогабаритных изделий с поверхностью повышенной сложности, для которых важно произвести максимально качественное удаление загрязнений. В отношении крупных деталей применять этот метод нецелесообразно из-за экономических соображений, поскольку возникает необходимость увеличения выходной мощности прибора.

При подготовке металлоизделий методом электрохимического обезжиривания также применяются специально оборудованные ванны, а сам процесс осуществляется за счёт действия пузырьков газов, образующихся на электродах. Это позволяет добиться уменьшения расхода компонентов химических составов и повысить качество обработки поверхности.

Чем обезжирить металл перед покраской

В бытовых условиях владельцы, как правило, применяют проверенные «дедовские» средства — бензин, керосин, ацетон, спирт.

Но сегодня доступны и более современные и технологичные составы. Среди них довольно популярными являются Нефрас (Уайт-Спирит), Растворитель 646. Они обладают массой достоинств — доступная цена, увеличенный уровень экологичности, способность к образованию более устойчивых к лакокрасочному покрытию пленок, что позволяет предотвратить развитие коррозионных процессов.

Проблемой для многих владельцев является несоответствие подложки после обезжиривания выбранной краске. Этого можно избежать, если приобрести растворитель, подходящий под обрабатываемое покрытие. Но чаще всего при использовании растворителя № 646 таких проблем не возникает. В отзывах потребителей говорится о его универсальности, поэтому дополнительных операций проводить не приходится.

Еще одна популярная разновидность растворителей — Антисиликон. Эти составы высоко востребованы среди мастеров, которые их используют для обезжиривания кузова автомобиля перед последующей покраской. Однако во время работы необходимо соблюдать правила безопасности. В помещении, где проводятся работы по обезжириванию, необходимо открыть окна и двери. Использовать такие растворители можно на максимальном удалении от источников воспламенения и обязательно в средствах индивидуальной защиты.

Самыми эффективными считаются специальные концентрированные растворы — Чистомет, Docker Dekamet и другие. Главным активным компонентом в составе этих средств является щелочь. Также они содержат и дополнительные вещества — ингибиторы, поверхностно-активные вещества, присадки и пр. Перед работой концентрат смешивают с водой в заранее рассчитанных пропорциях. Всё зависит от степени загрязнения обрабатываемой поверхности. Достоинствами этих растворов является высокая экологичность и безопасность. Их можно применять не только для обезжиривания поверхности, но и для повышения антикоррозионной устойчивости металла. Могут использоваться на промышленных предприятиях.

Популярные растворители

Чем обезжирить металлическую поверхность перед покраской — актуальный вопрос для многих владельцев. Для обезжиривания поверхностей из металла сегодня можно использовать не только доступные и проверенные временем составы, но и современные растворители.

Средство уайт-спирит

Среди обезжиривателей чаще других используется уайт-спирит. Выглядит он как прозрачная бесцветная жидкость с характерным запахом ГСМ.

В магазинах он продается под названием «Нефрас-С4» и доступен в различных модификациях. Главная причина его популярности связана с универсальностью применения.

Этот растворитель может без особого труда удалить любые масла и жиры, а также многие органические соединения. Нередко его применяют для разбавления масляных красок, эмалей и лаков. Имеется у уайт-спирита и ещё одно положительное свойство — после обработки поверхности не нужно ждать ее высыхания, можно сразу переходить к нанесению грунтовки или лакокрасочного материала. Растворитель испаряется очень быстро, и именно это обеспечивает ему превосходство над другими очищающими составами.

Растворитель 646

Этот вид обезжиривателя получил широкое распространение при проведении работ по подготовке к покраске. Представляет желтоватую жидкость с сильным характерным запахом. Имеет довольно широкий спектр применения.

С помощью этого состава можно не только разбавлять краски, но и обезжиривать металлические поверхности. Особенно он эффективен, когда нужно снять старые слои краски. Может применяться для мытья малярного оборудования и инструмента.

Лучше всего подходит для разведения эмалей следующих типов:

• нитроцеллюлозные НЦ;
• глифталевые ГФ;
• меланиноамидные МП;
• акриловые;
• эпоксидные.

Во время использования обезжиривателя необходимо соблюдать рекомендованную производителем температуру от + 5 до + 30 градусов Цельсия, при этом влажность воздуха не должна быть выше 85%.Тогда после обработки металлическая поверхность приобретет блестящий глянцевый вид без пятен и разводов.

Помните, что растворитель 646 является пожаро- и взрывоопасным продуктом. Работать с ним можно только в средствах защиты органов дыхания, зрения и кожи. При проведении работ в помещении необходимо обеспечить поступление свежего воздуха через окна и двери или посредством работающей вытяжной вентиляции.

Ацетон: классика

Ещё один довольно распространенный обезжириватель для металла. По своему составу это прозрачная жидкость, имеющая сильный характерный запах. Отлично удаляет масляные и жировые пятна, а также смолы.

Ацетон можно применять для разбавления лаков, эмалей, красок и грунтовок. Иногда его добавляют в состав некоторых растворителей. Главным составным компонентом является спирт, обладает высокой летучестью.

Для защиты металлических поверхностей от коррозионных процессов их необходимо особым образом обрабатывать перед нанесением лакокрасочного покрытия. Технология окрашивания требует в обязательном порядке проведения такой операции, как обезжиривание. Оно может быть выполнено с использованием различных растворителей и обезжиривающих составов.

Среди них есть как традиционные, так и более современные и технологичные. Выбор наиболее подходящего состава для обезжиривания должен осуществляться с учетом характера и масштаба стоящих задач, а также назначения металлического изделия.

При этом важно не забывать о правилах безопасности во время проведения работ по обезжириванию. Многие составы являются небезопасными из-за содержания вредных для здоровья соединений. Поэтому при проведении работ внутри помещений необходимо обеспечить постоянный доступ свежего воздуха. Также нужно помнить о том, чтобы поблизости не было воспламеняющих источников.

Источник

Источник3

Подготовка поверхности под окраску — включает в себя ряд операций, как правило, это многостадийный процесс.

По сути, подготовка поверхности под покраску решает две задачи.

Первая и необходимая — это очистить поверхность, так чтобы на нее ровным слоем лег лакокрасочный материал. С поверхности нужно удалить консервационные масла, СОЖ, продукты коррозии, остатки старого лакокрасочного материала, грязь, металлическую пыль и т.п.

Эта задача решается с использованием таких стадий подготовки металлической поверхности под окраску, как обезжиривание и травление.

Очистку можно проводить с использованием механических методов подготовки поверхности под покраску.

Вторая задача состоит в существенном улучшении физико-механических и защитных свойств Пк.

Лакокрасочные покрытия в определенной степени влагопроницаемы, т.е. действуют практически как полупроницаемые мембраны. При эксплуатации, особенно в жестких климатических условиях (тропический, морской климат, перепады температуры), за счет осмотического давления влага попадает на поверхность изделия через поры лакокрасочного покрытия и инициирует коррозионные процессы на подложке, прежде всего металлической. Продукты коррозии разрушают адгезионную связь лакокрасочного покрытия и подложки, в результате чего покрытие начинает отслаиваться.

При использовании специальных химических средств подготовки поверхности под покраску на подложке формируются конверсионные покрытия, которые значительно улучшают физико-механические и защитные свойства последующего слоя лакокрасочного покрытия, увеличивая срок службы окрашенных металлических поверхностей.

Полный технологический процесс подготовки поверхности под покраску состоит из стадий очистки и формирования защитных конверсионных покрытий.

Конверсионные покрытия имеют разветвленную поверхность благодаря микро-кристаллической структуре и поэтому образуются прочные адгезионные связи с лакокрасочным покрытием.

Конверсионные покрытия находятся в стабильном состоянии и ингибируют подпленочную коррозию, а в случае повреждения лакокрасочного покрытия (царапина, скол) препятствуют распространению коррозии от места повреждения.

Подготовка металлической поверхности под покраску зависит как от типа этой поверхности, так и от ее исходного состояния.

Первой и обязательной операцией подготовки поверхности является очистка.

Если на изделии присутствуют только загрязнения (смазка, пыль и т.д), то достаточно обезжиривания. Обезжиривание может проводиться с использованием растворителей и щелочных водных моющих средств.

Можно так же использовать различные методы механической обработки.

Но если на поверхности присутствуют продукты коррозии, окалина или остатки старой краски, то окрашивать такой металл нельзя. Эти загрязнения удаляют с помощью как химического метода (травление), так и различных механических методов подготовки металла под покраску.

При использовании операции травления, ее проводят после обезжиривания или совмещают с ней.

Тип металла также влияет на подготовку поверхности под покраску. Если говорить о полной подготовке поверхности с получением конверсионных покрытий, то тип конверсионного покрытия зависит от типа металла.

Черные металлы (сталь, чугун) фосфатируют. Алюминий, магний и их сплавы хроматируют. Эффективной обработкой для цинка и кадмия, а также оцинкованной стали и цинковых сплавов может быть как фосфатирование, так и хроматирование.

При совместной обработке цветных металлов со сталью предпочтение отдают фосфатированию. Пассивирование, как заключительная обработка, применяется для всех металлов.

Механическая обработка поверхности позволяет удалить окалину, ржавчину, окислы, старое лакокрасочное покрытие, грубые загрязнения, продукты обугливания, остатки песка и шлака, а также получить необходимую шероховатость поверхности, способствующую увеличению адгезии лакокрасочного покрытия.

Перед механической очисткой замасленные изделия предварительно обезжиривают уайт-спиритом, растворителем Р-4 или щелочным водным раствором. Толстые органические слои загрязнений при толщине металла не менее 6 мм перед механической обработкой иногда удаляют газопламенной очисткой кислородно-ацетиленовой горелкой.

Ручные инструменты (проволочные щетки, шпатели, скребки) применяют при небольшом объеме работ. Для больших объемов используют механизированный инструмент (щетки, шарошки, абразивные круги, бесконечную абразивную ленту, игольчатые пистолеты).

При галтовке или виброабразивной обработке применяют абразивные насыпные материалы.

Галтовка — обработка мелких деталей во вращающихся барабанах. Она может быть сухой только с применением абразива или мокрой с использованием специальных жидких средств и абразива. В результате галтовки происходит очистка изделий, с поверхности снимаются окалина, заусенцы, неровности, уменьшается шероховатость изделий.

Виброабразивная обработка представляет собой механический или химико-механический процесс удаления мельчайших частиц металла и его оксидов с обрабатываемой поверхности, а также сглаживания микронеровностей в результате нанесения абразивом большого количества микроударов.

Среди различных методов механической подготовки поверхности под покраску широкое распространение получила струйная очистка с применением абразивных материалов. К ним относятся сухая абразивная очистка, водная абразивная очистка, водная струйная очистка. Эти виды обработки проводят с применением специального оборудования. В качестве абразивов чаще всего используют металлические песок или дробь, стеклянные шарики, шлаки.

Струйную абразивную обработку изделий проводят при толщине металла не менее 3 мм, обработка тонкостенных изделий допускается лишь в том случае, если при этом не нарушается их геометрическая форма. После сухой абразивной обработки изделия следует обеспылить и при необходимости обезжирить.

Нужно отметить, что обработанный механическими методами металл очень активен и во избежание появления вторичной коррозии должен быть немедленно окрашен или загрунтован. По этой же причине рекомендуется проводить механическую обработку при относительной влажности ниже 85%, при этом температура металла должна быть выше точки росы не менее чем на 3 ºС.

К несомненным достоинствам механических методов подготовки поверхности под покраску следует отнести возможность обработки изделий любых размеров, особенно крупногабаритных, как из черных, так и из цветных металлов, непосредственно на рабочих местах.

Недостатки механической обработки — значительная стоимость, высокая трудоемкость, невозможность обработки тонкостенных изделий сложной конфигурации.

Механическая подготовка поверхности под покраску решает задачу улучшения адгезии лакокрасочного покрытия за счет создание оптимальной шероховатости поверхности, но не придает поверхности антикоррозионных свойств. Одновременно эти задачи можно решить только с помощью подготовки поверхности под покраску химическими способами.

 

Какие материалы и технологии применяют для химической подготовки поверхности?

Технологический процесс химической подготовки поверхности под покраску проводится с использованием водных растворов специальных составов и состоит из ряда стадий.

Обычно процесс химической подготовки поверхности состоит из следующих стадий.

• 1. Обезжиривание и очистка.

• 2. Удаление продуктов коррозии или окислов.

• 3. Активация.

• 4. Конверсионная обработка.

• 5. Финальная обработка (пассивация, промывка обессоленной водой).

6. Сушка.

Между всеми стадиями подготовки поверхности под покраску проводится промывка водой, лучше в два этапа.

Для жестких условий эксплуатации покрытий (открытая атмосфера), необходимо применять полный технологический процесс подготовки поверхности под покраску с нанесением защитных конверсионных покрытий. Если окрашенные металлические изделия эксплуатируются внутри помещения при нормальной влажности, то можно ограничиться только обезжириванием.

В нашем институте разработан широкий ассортимент слабо- и средне щелочных составов марки КМ для обезжиривания, состоящих из смеси солей (фосфаты, бораты, кальцинированная сода, силикаты) и ПАВ. Они могут применяться в ваннах окунания или в установках распыления.

Для обезжиривания стали рекомендуются составы: КМ-1, КМ-19, КМ-17, КМ-22; для цветных металлов — КМ-25, КМ-18М. Для обезжиривания и межоперационного хранения стальных и чугунных деталей — КМ-27, ХОС-3.

Если для подготовки поверхности черных металлов под покраску используется только обезжиривание, то для предотвращения вторичной коррозии при сушке необходимо проводить пассивацию. Хороший результат дает применение растворов на основе хрома (трех или шестивалентного).

Отметим, что недопустимо применять для пассивации перед окраской металла растворы нитрита натрия, три- и моноэтаноламина.

Перечень всех стадий процесса подготовки поверхности под покраску, включая конверсионную обработку, зависит от типа металла.

 

Какая конверсионная обработка применяется для черных металлов?

Стальные изделия перед окраской фосфатируют. В процессе фосфатирования на металлической поверхности образуется неорганическое покрытие из трудно-растворимых фосфорнокислых солей тяжелых металлов.

Фосфатные покрытия по своему составу делятся на кристаллические (цинкфосфатные) и аморфные (железофосфатные). Цинкфосфатные Пк превосходят железофосфатные покрытия по коррозионной стойкости, поэтому рекомендуются для подготовки поверхности изделий под покраску, эксплуатируемых в жестких климатических условиях.

Цинкфосфатирование применяется для подготовки поверхности кузовов автомобилей, сельхозтехники, строительных конструкций; железофосфатирование — для металлической мебели, бытовых приборов, светильников и т.п.

Полный технологический процесс фосфатирования состоит как минимум из 5 — 6 стадий и может осуществляться методами погружения и распыления.

Операцию железофосфатирования можно совмещать с обезжириванием, тогда количество стадий обработки сокращается до трех-четырех.

Промышленностью выпускаются разработанные нашим институтом современные фосфатирующие составы для подготовки поверхности перед всеми видами окраски.

Создание новых фосфатирующих составов идет по пути улучшения потребительских свойств формируемых фосфатных покрытий и экологических характеристик процесса фосфатирования. Это достигается за счет введения в рецептуры дополнительно катионов никеля и марганца и снижения концентрации цинка.

В автомобильной промышленности успешно применяются составы для кристаллического фосфатирования КФ-12, КФ-14, КФ-15, КФ-16, созданные взамен КФ-1, КФ-3.

Для одновременного обезжиривания и аморфного фосфатирования разработан новый состав КФА-10, формирующий утолщенные железофосфатные слои повышенной коррозионной стойкости взамен КФА-8.

 

Особенность подготовки поверхности под окраску металлов, относящихся к группе цветных

Из цветных металлов чаще всего окрашивают оцинкованную сталь и алюминий, а также их сплавы.

Если условия эксплуатации изделий позволяют ограничить подготовку поверхности под покраску процессом обезжиривания, то необходимо учитывать особую нестойкость этих металлов к воздействию щелочных моющих средств.

При обработке в сильно щелочных водных составах они травятся и темнеют, поэтому для их обезжиривания рекомендуется использовать специальные моющие композиции.

Если необходимо провести полный технологический процесс подготовки поверхности алюминия с нанесением конверсионного (хроматного или бесхроматного) покрытия, то с поверхности алюминия под покраску необходимо травлением в сильнощелочных или в кислых растворах удалить оксидную пленку.

При небольшой зажиренности изделий процесс травления можно совмещать с обезжириванием.

У отечественных производителей изделий из окрашенного алюминия и оцинкованной стали бытует ошибочное мнение, что эти металлы не требуют полной подготовки поверхности под покраску с нанесением конверсионных покрытий.

Практика эксплуатации изделий из этих металлов во влажных условиях показала, что в отсутствие конверсионной обработки (хроматирования, пассивации, фосфатирования) под слоем лакокрасочного покрытия образуется легкая белая коррозия, вызывающая потерю адгезии вплоть до отслаивания покрытия.

На сегодняшний день наиболее эффективным методом подготовки поверхности металла под окраску является хроматирование.

На практике используются процессы желтого хроматирования (Алькон-1, Экомет А-001) и зеленого хроматирования (Алькон-4). Однако применение хроматирования ограничено из-за высокой токсичности соединений хрома. В нашем институте разработан и внедрен процесс беспромывочной экологически безопасной хроматной обработки в составе Формихром для обработки рулонного металла.

Ведущие европейские фирмы начинают внедрять бесхроматную обработку цветных металлов. Для этих целей используются химические средства на основе комплексных фторидных соединений циркония, титана или обработка с получением покрытий из сложных окислов никеля, кобальта, оксисиланов.

Для обработки цинка и оцинкованной стали вместо хроматирования с успехом может применяться фосфатирование, особенно если одновременно обрабатывается сталь.

 

Какие технологии применяют при подготовке поверхности неметаллических поверхностей: полимеров, древесины, бетона, шифера, асбоцемента?

Наша лаборатория занимается разработкой технологии и составов для химической подготовки поверхности металлов под покраску.

На практике мы сталкивались с подготовкой поверхности изделий из пластмасс, и хорошие результаты были получены при использовании кислого обезжиривающего состава КИМОС-5.

Однако выбор состава и технологии подготовки поверхности под покраску должен проводиться конкретно для каждого типа полимеров.

 

Какими методами контролируют качество подготовки поверхности под покраску?

Поскольку процесс подготовки поверхности под покраску многостадийный, то контроль его качества должен проводиться после каждой стадии обработки. На практике используется, прежде всего, визуальный контроль поверхности.

Качество обезжиривания оценивается протиркой поверхности белой ветошью или по смачиваемости поверхности водой при последующей промывке. Степень очистки от ржавчины и продуктов коррозии определяется осмотром поверхности при пятикратном увеличении.

Если используется конверсионная обработка, то контроль качества фосфатных и хроматных покрытий проводится на образцах-свидетелях: определяются масса покрытия на единицу поверхности, размер кристаллов.

Самый главный показатель эффективной подготовки поверхности под покраску — хорошие характеристики лакокрасочного покрытия: коррозионная стойкость и физико-механические свойства.

 

Как влияет подготовка поверхности на свойства лакокрасочных покрытий?

Определенная сложность состоит в том, что влияние качества подготовки поверхности на свойства комплексного лакокрасочного покрытия проявляется не всегда сразу после окраски. И часто за нарушения, связанные с подготовкой поверхности под подготовку, расплачивается потребитель.

Например, на плохо обезжиренную поверхность плохо наносится ЛКМ, остатки масла могут быть причиной кратерообразования. При плохом качестве обезжиривания покрытие имеет плохую адгезию.

Некачественная окончательная промывка или использование жесткой воды вызывают осмотическое вспучивание, особенно порошковых полиэфирных покрытий при эксплуатации во влажных условиях.

Причиной осмотического вспучивания лакокрасочных покрытий, образования пузырей, нарушения адгезии является ручная подготовка поверхности под покраску с использованием водорастворимых обезжиривающих средств без промывки и горячей сушки.

Долговечность лакокрасочного покрытия, защита от нитевидной и подпленочной коррозии напрямую связаны с такими стадиями подготовки поверхности, как фосфатирование, хроматирование и пассивация.

Плохо проведенная подготовка поверхности под покраску или неправильный выбор ее стадий обязательно проявятся в разрушении лакокрасочного покрытия тем быстрее, чем жестче условия его эксплуатации.

 

Как правильно выбрать материалы и технологию подготовки конкретных окрашиваемых поверхностей?

Выбор технологии подготовки поверхности под покраску зависит от трех основных факторов: условий эксплуатации окрашенных изделий, типа металла и состояния исходной поверхности. Гост 9.402-2004 «ЕСЗКС». Покрытия лакокрасочные. Подготовка металлических поверхностей к окрашиванию предусматривает десятки различных схем подготовки поверхности для разных металлов и условий эксплуатации.

Именно условия эксплуатации определяют, будет ли процесс подготовки поверхности под покраску полным с включением конверсионной обработки или достаточно ограничиться только очисткой.

Тип металла определяет вид конверсионной обработки (фосфатирование, хроматирование, пассивация). Состояние исходной поверхности (наличие ржавчины, окалины, оксидных слоев) диктует необходимость использования операций травления или механической очистки.

Кроме того, необходимо учитывать тип применяемого ЛКМ, габариты изделия, производственные площади, имеющееся оборудование, финансовые возможности.

Способы нанесения и тип ЛКМ предъявляют требования к качеству конверсионных покрытий, особенно при использовании электроосаждения или нанесения порошковых ЛКМ.

Габариты изделия, программа производства обусловливают способ нанесения составов:

• погружение в ванны или распыление в камерах;
• циклический или непрерывный конвейер.

К сожалению, из-за отсутствия финансовых возможностей часто отказываются от оптимальной технологии в ущерб качеству окраски.

Материалы для подготовки поверхности выбирают, когда известны технологии и оборудование для подготовки поверхности под покраску.

Сейчас на рынке представлен широкий ассортимент отечественных и зарубежных составов, при выборе которых нужно обязательно быть уверенным, что эти материалы обеспечат необходимое качество подготовки поверхности под покраску, а их цена соответствует качеству.

В заключение хочется отметить, что выбор технологии подготовки поверхности и используемых материалов под покраску является ответственным этапом и должен производиться индивидуально для каждого конкретного случая с привлечением квалифицированных специалистов. Обращайтесь к нам — всегда поможем.

 

Вернуться в список

Источник

Чем покрыть железо чтобы не ржавело: как покрасить под ржавчину?

Содержание

• Как предохранить железо от ржавчины
• Как и почему возникает ржавчина?
  • • Металл прослужит дольше. Воронение | Metal. Broom
• Защитные покрытия, наносимые промышленным способом.
• Защитные покрытия, применяемые в быту.

Как предохранить железо от ржавчины

Для того чтобы железо предохранить от ржавчины нужно сначала поверхность металла предварительно хорошо вычистить. Затем рекомендуется использовать по выбору следующие средства :

1) Нужно покрывать наше железо веществами, которые хорошо впитывают кислоты и воду или их связывают.

К примеру, для того чтобы предохранить от коррозии паровые котлы на судах, в воду рекомендуется добавить раствор, состоящий из окиси цинка в едком натрии или же твердую углекислую окись цинка. Кроме этого специально останавливают паровые котлы, чтобы их наполнить раствором соды или известковым молоком, это придает больший эффект для предохранения железа от коррозии. Также в хорошо просушенные котлы помещают с помощью топки хлористый калий, при этом куски хлористого калия, которые мы поместили в котел, должны быть небольшие, примерно с орех и ненужно забывать одновременно с этим прекращать доступ воздуха в котел.

В туннелях же, чтобы предохранить железо от ржавчины, применяют известковый щебень или железные части покрывают известняковым молоком. С помощью этих веществ достигается обезвреживание весьма вредного элемента, который образует ржавчину. Гайки в туннелях также дважды покрывают дегтем.

2) Покрытие металлов производится после предварительного вытравления в кислоте и моментального высушивания в горячем состоянии. Сначала предметы покрывают гальванопластическим способом в специальной металлической ванне или погружают в расправленный металл.

Наиболее лучшими металлами для предохранения железа от коррозии являются :
— Свинец. Он предохраняет от серной и соляной кислоты. Листы, сделанные из свинца, применяют и покрывают крыши газовых, а также химических заводов и т.п.
— Никель и медь (гальваническая) предохраняют только при лишь значительной и большой толщине слоя.

— Олово. Предохраняет незначительно и только до тех пор, пока нигде не обнажено железо.
— Цинк. Лучший предохранитель, его также используют и в морской соленой воде, потому что на поверхности железа при цинковой ванне образуется сплав железа с цинком. В свободной продаже оцинкованное железо встречается под названием гальванизированного железа.

3) Отличным веществом предохранения от коррозии может послужить портландский цемент, он способен также вбирать в себя уже имеющийся на поверхности железа ржавчину, что делает его одним из лучших средств от коррозии. Также цемент является хорошим средством для крупных отливок и больших сооружений из железа. Для этого вам нужно мелко просеять цемент, развести его в воде и нанести нашу смесь на металлические поверхности кисточкой. Этот процесс нужно повторять от четырех до пяти раз пока не затвердеет последний слой. Для тех металлических поверхностей, которые подвержены воздействию воды, мельчайший цемент нужно замешивать на снятом молоке.

4) Эмалировка. Для этого нужно сначала высушить и вытравить поверхность чугунной отливки. Затем следует покрыть порошкообразной грунтовкой (кварц, полевой шпат, глина и бура). Потом наша поверхность обжигается до отекания и покрывается эмалью (силикат с окисью олова), нужно также нагреть нашу поверхность, чтобы полностью расплавить эмаль.

5) Покрыть смоляными маслами, например каучуковым маслом или антиоксидом (это такой слабый раствор гуттаперчи в бензине).

6) Смола, асфальт и деготь в безводном состоянии являются хорошим средством для покрытия чугунных труб, при этом трубы и смола предварительно нагреваются.

7) Целлулоид и резина прекрасно подойдут для покрытия винтов, колец, гвоздей, пряжек и т.п. Части эти не подвергаются воздействию кислот, воздуха и воды. Покрывать судовые валы также рекомендуется твердой резиной, а части машин на морских судах покрывают раствором целлулоида.

8) Можно также покрыть поверхность железа и масляными красками. Для этого можно взять, к примеру, жидкое льняное вареное масло, смешать наше масло с охрой, графитом или свинцовым суриком. Загрунтовать это смесью и перейти собственно к окраски. Раствор, который мы будем использовать при окраски, также состоит из чистого вареного льняного масла со свинцовыми белилами, цинковой, пылью, графитом, а также с добавкой мгла. Чтобы не образовались пузыри при окрашивании, нужно пройти нашу поверхность вторым слоям, но только тогда когда первый слой уже окончательно затвердел.

Все эти методы могут помочь сберечь ваши металлоконструкции, трубы б/у от коррозии, что в свою очередь увеличит срок их службы.

Ошибка в тексте? Выделите и нажмите Ctrl+Enter!

Теги:

Как и почему возникает ржавчина?

Для незащищенного металла практически все среды, в которых он находится, являются агрессивными. Поэтому его поверхность подвергается химическим реакциям. В результате этих реакций появляется ржавчина, и металл теряет как внешний вид, так и прочностные характеристики.

Металл прослужит дольше. Воронение | Metal. Broom

Каксделать#Металл#Коррозия#Масло Простой и надёжный способ защиты металла от коррозии. +++++++++++++++++++++++++++++++++…

Типичный пример ржавления металла мы видим в повседневной жизни. Ржавчиной покрываются металлические лестницы, перила балконных и мостовых ограждений, металлические заборы. Также, коррозии подвергаются и металлы, которые работают в условиях высоких температур – арматура плавильных печей, детали двигателей, лопасти турбин.

Не менее подвержены коррозии металлы, соприкасающиеся с жидкостями — спиртом, водой, нефтью, мазутом.

Электрохимическая коррозия металла в воде наступает вследствие реакции с растворенным в ней кислородом.

Из всего вышесказанного возникает вопрос, а чем покрыть металл от коррозии и тем самым продлить срок его эксплуатации?

Защитные покрытия, наносимые промышленным способом.

Защитное покрытие выполняется чаще всего в виде пленки (металлической, оксидной, лакокрасочной).

Для создания металлической защитной пленки используют метод гальванизации, нанесения металлов горячим способом или металлизации. Для этого металлическое изделие погружается в емкость с расплавленным защитным материалом (олово, свинец, цинк) с такой температурой, при которой защищаемый металл не плавится. Преимуществом метода металлизации является возможность покрыть защитным слоем уже готовые собранные изделия.

Защитное покрытие также наносят методом диффузии в основной металл другого — алюминия (алитирование или алюминирование), кремния (силицирование), хрома (хромирование), а также создания биметалла способом плакирования.

Еще один способ защиты от коррозии — оксидирование. Поскольку на металле присутствует естественная оксидная пленка, ее делают более прочной, обрабатывая окислителем (растворами кислот или их солей). Одним из видов нанесения такой пленки горячим способом является «воронение» стали.

Также горячим способом выполняется фосфатирование металла (погружение в горячий раствор кислых фосфатов железа или марганца).

Сантехнические изделия (ванны, раковины) покрываются защитным лакокрасочным слоем (эмалируются) в промышленных условиях при очень высоких температурах (до 800°С).

Для защиты металлов во время транспортировки или для хранения металлических конструкций на складах используют жидкие масла или ингибиторы.

Защитные покрытия, применяемые в быту.

Как уже упоминалось ранее, антикоррозионной защиты требуют и обычные металлические изделия, окружающие нас в повседневном быту. В каждой квартире, а тем более в частном доме, имеется большое количество металлических деталей – балконные ограждения, заборы, решетки, гаражи, садовая техника, радиаторы, трубы холодной и горячей воды, садовые скамейки, которые покрываются со временем ржавчиной.

Доступным способом их защиты является нанесение вручную антикоррозионного покрытия в виде грунтовки или краски по ржавчине. Эти покрытия имеют специальный состав, содержащий ингибиторы и различные добавки, что позволяет наносить их непосредственно на слой ржавчины, предварительно не зачищая металл.

В состав грунтовки, например, входит преобразователь ржавчины и антикоррозионный грунт. Это очень эффективное средство, которое часто используют как самостоятельное покрытие. Такой грунт надежно будет защищать покрытую поверхность от различных атмосферных проявлений (град, снег, дождь, солнце).

Антикоррозионная краска отличается от грунта тем, что в ее состав дополнительно включен такой компонент как износостойкая эмаль, что обеспечивает очень быстрое высыхание краски на воздухе. Ее достоинство в том, что она наносится на любую поверхность (с остатками предыдущей краски, покрытую ржавчиной) из стали, чугуна, железа или железобетона. Нанесение слоя такой краски продлевает, как минимум вдвое, срок службы металлических изделий.

Из всего вышесказанного видно, что существует много различных способов, чем покрыть металл от коррозии. И в зависимости от вида покрываемого металла не составит труда выбрать нужный и эффективный, который защитит металл от ржавчины.

Дополнительная информация:

Антикоррозийная защита материала в домашних условиях подразумевает применение ЛКМ-покрытий и химических средств. Свойства защитного плана обеспечивают сочетанием разных элементов: смол на основе силикона, ингибиторов, полимеров, металлической стружки и пудры.

Коррозия представляет собой процесс, сопровождающийся разрушением поверхностных слоев конструкций из стали и чугуна, возникающий в результате электрохимического и химического воздействия. Негативным следствием этого становится серьезная порча металла, его разъедание, что не позволяет использовать его по назначению.

В каждом доме, среди домашней утвари, предметов интерьера имеются материалы, инструменты или детали, сделанные из металла. Они практичны, износостойки, но рано или поздно подвергаются коррозии. Как предотвратить этот процесс?

Чем обработать металл, чтобы он не ржавел?

Пленки образуются из лакокрасочных материалов, пластмассы и смолы. Лакокрасочные покрытия недороги и удобны в нанесении. Ими покрывают изделие в несколько слоев.

Термическое воронение стали в домашних условиях? Под краску наносят слой грунта, улучшающего сцепление с поверхностью и позволяющего экономить более дорогую краску. Служат такие покрытия от 5 до 10 лет.

В качестве грунта иногда применяют смесь фосфатов марганца и железа.

Для эффективной защиты от коррозии, необходимо обеспечить взаимодействие двух металлов: железа и цинка. Лишь в этом случае (да и то с ограничениями) возникает электрохимический контакт пары металлов, в котором в первую очередь разрушению (коррозии) подвергается цинк, тем самым предохраняя железо (протекторное действие). Так называемые цинкнаполненные краски представляют собой лишь обычную краску, в которую добавлена цинковая пудра.

Такое покрытие не обеспечит электрохимического взаимодействия железа и цинка, потому как сама краска является диэлектриком.

Следы легкого окисления, неглубокий налет коррозии, воронение и пр. следы химического окрашивания металла (намеренноно и непреднамеренного) легко и бысто удаляет автополироль. Берите наименее абразивную и не жадничайте — импортную (США, германия и пр.) Небольшой баночки (например, на основе масла Карнаубы) хватит на очень продолжительное время, а если есть машина то остатки тем более не пропадут. (Александр Марьянко)

Коррозионное разрушение – это явление, которое видел каждый. Чем быстро снять краску с дерева в домашних условиях? Образование ржавчины на металлической поверхности лишь один из признаков.

Коррозионный процесс вызывает разъедание материала под воздействием факторов окружающей среды. Как правило, речь идет о влаге. Вода окисляет металл, провоцируя его последующее разрушение.

Не, просто воронение слабо защищает от ржавчины. Консервационная смазка, оружейная — это да.
Из практического опыта — у меня воздушка (несмазанная, ну так получилось, вовремя не законсервировал) провалялась в гараже месяца 2 без дела, и за это время вороненый ствол успел покрыться мелкими «цяточками» ржавчины. Так что смазка — обязательно!

Процесс коррозии имеет четыре главных элемента: это катод (электрод с катодной реакцией), атод (электрод с анодной реакцией), металл (проводник электронов) и проводник ионов (жидкость, проводящая электрический ток). Катод и анод соприкасаются с проводниками ионов, в которых далее возникает электродное напряжение. При соприкосновении электродов (катод и анод) возникает коррозийная реакция из-за разности электродных потенциалов. В результате образуется коррозийная пара, в которой анод начинает разъедать металл.

Таким образом, все меры по защите металла направлены на то, чтобы исключить образование коррозийных пар или же замедлить их развитие.

Что такое коррозия и как защититься от нее

Ежегодно коррозия машин, зданий и оборудования обходится американской промышленности примерно в 7 миллиардов долларов. Коррозия является дорогостоящей проблемой. Но, поняв его первопричины, можно предпринять эффективные шаги для его предотвращения и борьбы с ним.

Существует несколько видов затрат на коррозию, которые должны учитывать заводчане:

• Прямая потеря или повреждение металлических конструкций из-за коррозии. Примером может служить резервуар для горячей воды, который подвергся коррозии и должен быть утилизирован.

• Затраты на техническое обслуживание, связанные с коррозией. В эту область попадает любая металлическая поверхность, которую необходимо красить каждые несколько лет для борьбы с коррозией.

• Косвенные потери в результате коррозии. Эти потери могут быть результатом утечек и пожаров. Взрывы, связанные с утечкой, перебоями в подаче электроэнергии, остановкой оборудования и потерями рабочей силы, также косвенно являются результатом коррозии.

Первый шаг к управлению этими затратами требует понимания того, что такое коррозия и что ее вызывает.

Что такое ржавчина?

При коррозии железа или стали образуется оксид железа, или то, что мы называем ржавчиной. Сталь в основном состоит из железной руды. В своем естественном состоянии железная руда очень похожа на ржавчину: темно-красная и мелкозернистая, с тенденцией удерживать влагу.

Железная руда является стабильным веществом до тех пор, пока она не будет преобразована в железо или сталь, естественно более слабые элементы. Когда сталь подвергается воздействию влаги и кислорода, она сразу же начинает возвращаться к своему естественному состоянию. Несмотря на принятые защитные меры, большая часть стали, произведенной в этом столетии, уже проржавела до состояния оксида, своего естественного состояния.

Для существования коррозии необходимы три элемента: защищенный металл, корродированный металл и проводящая ток среда между ними. Когда два разнородных металла соприкасаются, один из них становится защищенным металлом, а другой корродирующим. Операторы установки могут распознавать условия окружающей среды, способствующие коррозии.

Например:

• Если на стальной трубе используются оцинкованные фитинги, оцинкованные (цинковые) фитинги подвергаются коррозии, а сталь остается защищенной.

• Сталь или другие металлы под нагрузкой подвергаются коррозии, в то время как ненагруженная сталь защищена от коррозии. Вот почему вы видите ржавчину на стали.

• Свежеобрезанная сталь быстрее подвергается коррозии. Резьба, нарезанная на трубе, всегда ржавеет первой.

Даже если кусок стали не соприкасается с другим металлом, ни под напряжением, ни в свежем состоянии, он будет ржаветь под воздействием погодных условий. Это связано с тем, что сталь не совсем однородна по составу — небольшие различия в плотности и составе могут возникать в пределах одного куска стали, что приводит к коррозии.

Третьим компонентом, необходимым для коррозии стали, является электролит. Обычно это жидкость или водосодержащее вещество, которое проводит ток коррозии от защищаемого металла к корродированному металлу. Наиболее распространенным токопроводящим веществом является вода. Дождь, роса, влажность воздуха и т. д. — все это служит эффективными электрическими проводниками. Сталь очень медленно подвергается коррозии в пустынном климате, где влажность низкая, а осадки редки. В районах с высокой влажностью и частыми дождями защита стали имеет решающее значение. Операторы установок узнают некоторые из следующих сред, в которых электрический ток ускоряет процесс коррозии:

• Добавление соли в воду значительно увеличивает ее способность проводить ток. Таким образом, сталь, подвергающаяся воздействию морской воды или соляного тумана, будет корродировать быстрее, чем сталь в пресной воде. Атмосферная коррозия больше проявляется в районах вблизи океанов из-за воздействия соленого воздуха. Концентрированные солевые растворы, например, используемые в пищевой промышленности, вызывают сильную коррозию.

• Промышленные дымы и пары содержат кислоты, щелочи и другие химические вещества, которые служат проводниками тока. Следовательно, атмосферная коррозия в промышленных районах более выражена, чем в сельской местности.

• Почва, глина и земляные материалы также являются хорошими проводниками электричества. Трубопроводы и другая сталь, зарытая в землю, будут подвержены коррозии, если не будут защищены. Так же, как почвы значительно различаются по составу, они также различаются по своей электропроводности: одни почвы вызывают более сильную коррозию, чем другие.

Защита от коррозии

Чтобы сделать использование стали и других металлов практичным в строительстве и производстве, необходимо применять некоторые методы защиты от коррозии. В противном случае срок службы стали и других металлов будет ограничен, что приведет к снижению эффективности и увеличению стоимости обслуживания. Существует несколько эффективных способов остановить коррозию:

1. Впечатанный ток. С помощью подходящего токогенерирующего оборудования и средств управления можно воспроизвести ток, равный по силе корродирующему току, но протекающий в противоположном направлении. Этот тип защиты обычно ограничивается трубопроводами, заглубленными резервуарами и т. д. и требует тщательного проектирования и компоновки. При неправильном использовании подаваемый ток может способствовать коррозии.

2. Жертвенные металлы. Сталь можно защитить, поместив рядом с разнородным металлом. Например, если цинк или магний находятся в непосредственном контакте со сталью, они защищают сталь от коррозии. Здесь цинк и магний служат жертвенными металлами, которые не только защищают область непосредственного контакта, но и защищают за пределами металла в каждом направлении. Защита от ржавчины жертвенными металлами обычно используется в нескольких формах:

• Цинковые или магниевые блоки часто используются для защиты корпусов кораблей, внутренней части резервуаров для воды и других подводных поверхностей.

• Часто производится полное покрытие стали защитным металлом. Оцинкованная сталь, например, это сталь, покрытая цинком. Цинк является жертвенным и защитит базовую сталь.

• Покрытия с высоким содержанием цинка могут быть нанесены на стальную поверхность для обеспечения катодной защиты. Покрытия с высоким содержанием цинка состоят из 85-95% металлического цинка в подходящем связующем. Частицы цинка, нанесенные при окраске, защищают сталь.

     3. Грунтовки. Грунтовки и готовые покрытия защищают металлические поверхности, создавая барьер между сталью и корродирующими элементами. Они также предотвращают попадание влаги на поверхность стали. Покрывающая пленка защищает нижележащие металлические подложки тремя способами:

• Покрытия могут замедлять скорость диффузии воды и кислорода из окружающей среды           к поверхности металла. Это замедляет процесс коррозии.

• Пленка краски может замедлить скорость диффузии продуктов коррозии с поверхности металла через пленку краски. Это также замедляет процесс коррозии.

• Антикоррозийные пигменты, содержащиеся в качественных грунтовках, изменяют поверхностные свойства основного металла. В результате металл приобретает высокое электрическое сопротивление. Различные пигменты осуществляют эту реакцию по-разному. Грунтовки поглощают и связывают влагу, чтобы она не вступала в реакцию со сталью.

 

Как выбрать антикоррозионное покрытие

Принимая во внимание следующие критерии, можно определить наиболее эффективный тип антикоррозионного покрытия, необходимого для конкретного проекта.

Качество покрытия/нанесение — Какой уровень антикоррозионной краски необходим? Насколько важно, чтобы краска была устойчивой к выцветанию и/или истиранию? Как часто вы планируете перекрашивать? Есть ли предпочтение нанесения: кисть/валик или распыление?

     Эстетика — Какие материалы будут покрыты? Насколько важно, чтобы лакокрасочное покрытие выглядело привлекательно? Важно ли сохранение цвета?

     Цена — Как правило, более качественная краска увеличивает цену. Учитываются ли заявки на подкраску при оценке затрат на техническое обслуживание? Какова стоимость выбранной краски? Как часто его нужно будет перекрашивать?

     Экологические нормы — Каковы местные экологические нормы для красок и покрытий? Соответствует ли краска этим стандартам? Как процесс покраски повлияет на окружающую среду? С июня 2002 года правительство США введет в действие правила, направленные на снижение количества загрязняющих веществ в краске для повышения защиты окружающей среды. Новые пределы содержания летучих органических соединений (ЛОС) упадут до 450 граммов на литр краски. В Калифорнии, Аризоне, Нью-Йорке и Нью-Джерси последуют более жесткие ограничения, сводящие к минимуму объемы твердых веществ до уровня 340 граммов на литр.

Покрытия

Существует три основных типа покрытий, используемых при ремонтной окраске. В зависимости от качества, цены, применения и эстетических требований операторы установки могут выбрать подходящее покрытие из следующих:

• Алкидные эмали — Алкидные эмали предназначены для внутренних и наружных поверхностей в умеренных и тяжелых условиях. Это покрытие обеспечивает надежную коррозионную стойкость на срок до 3-5 лет. Алкидные эмали обеспечивают глянцевый цвет, устойчивы к выцветанию, могут наноситься кистью, валиком или распылителем. • Эпоксидные покрытия — Эпоксидные покрытия используются для внутренних и наружных поверхностей в промышленных условиях, где сохранение цвета и блеск не важны. Качество покрытия будет лучше, чем у алкидной эмали, так как оно выдерживает суровые промышленные условия. Эпоксидные покрытия лучше всего наносить распылением, но также можно использовать кисти и валики.

• Полиуретановые покрытия — Полиуретановое покрытие является самой качественной краской из всех трех вариантов. Он выдерживает самые суровые условия и может прослужить до 10 лет. Он обеспечивает сильное сохранение цвета и блеска и устойчив к истиранию. Полиуретановые покрытия наносятся методом напыления.

Заключение

Краски работают, потому что они замедляют коррозию, уменьшая скорость тока в процессе электрохимической коррозии. Понимая коррозию, операторы установки могут предсказать, где может возникнуть ржавчина, и распознать факторы окружающей среды на своем предприятии, которые способствуют коррозии. Хорошая новость заключается в том, что, хотя коррозия может быть дорогостоящей, это не обязательно. Краски являются экономически эффективной мерой защиты от коррозии. Регулярное техническое обслуживание, проводимое операторами установки, может свести к минимуму появление и последствия коррозии.

Фатима Хуссейн

24 августа 2022 г.

Промышленные медиа-распасы видео

4 августа 2022 г.

Ключевые инфляционные значения достигают 6,8%, так как цены сохраняют свою жизнь 909

29 июля, 2022

Как до рецензии. Экономическая неопределенность

29 июля 2022 г.

Соглашение с Сенатом должно упростить покупку электромобилей

29 июля 2022 г.

Металлические поверхности — обзор

ScienceDirect

РегистрацияВойти

PlusДобавить в Mendeley

Майкл Э. Старзак, Энциклопедия физических наук и технологий (третье издание), 2003 г. мембраны. Участки окисленной поверхности могут отторгать связывание мембраны, создавая щели в мембранном барьере, что снижает эффективность мембраны. Мембранные монослои могут быть связаны с внутренне чистыми золотыми поверхностями с помощью связи золото-сера. Длинные углеводородные цепи с концевой серой плотно и однородно связываются на складчатой ​​поверхности, образуя цельную мембрану. Поскольку золотая подложка действует как электрод, эта комбинация особенно подходит для разработки химических сенсоров. Монослой пропитан молекулами, которые позволяют выбранным видам реагировать с электродом для окисления или восстановления и, посредством этих химических изменений, обнаружения.

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B012227410500418X

М. Шмид, П. Варга, Химическая физика твердых поверхностей , 2002

3.2 Преимущественное напыление и сегрегация в измененном слое

Металлические поверхности обычно подготавливаются в науке о поверхности путем применения циклов напыления и отжига для избавления от большинства примесей, которые имеют низкую объемную концентрацию, но диффундируют к поверхности и достигают там гораздо более высоких концентраций из-за сегрегации. Для чистых элементов такая процедура не представляет проблем и может быть легко использована для подготовки очень чистых поверхностей. Для многокомпонентных материалов необходимо учитывать возможные изменения поверхностной концентрации при ионной бомбардировке, поскольку взаимодействие энергичных ионов с атомами мишени приводит к композиционному перераспределению и селективному выбросу различных частиц. Если рассматривать только сам процесс выброса, то вероятность выброса атома зависит от прочности связи с окружающими атомами и эффективности передачи энергии при столкновениях, которая определяется его массой и поперечным сечением. Помимо этих эффектов, атермический процесс смешения замещения (приводящий к радиационно-индуцированной сегрегации) играет доминирующую роль вблизи или ниже комнатной температуры, в то время как диффузия, усиленная излучением, и гиббсовская сегрегация зависят от температуры. Поскольку почти все выброшенные частицы происходят из первого слоя, радиационно-индуцированная и гиббсовская сегрегация повышают вероятность того, что выброшенный атом принадлежит к сегрегирующим частицам. Все эти явления обобщаются термином преимущественное распыление и приводят к истощению преимущественно распыляемых частиц.

Если поверхность распыляется при достаточно низкой температуре, чтобы избежать объемной диффузии, атомы предпочтительно распыляемых частиц могут достичь поверхности за счет смешения замещения и радиационно-индуцированной сегрегации. Это приводит к так называемому измененному слою, который имеет состав, отличный от основного, и толщину, близкую к глубине проникновения снарядов. Поскольку поверхностная диффузия имеет гораздо более низкий активационный барьер, чем объемная диффузия, отжиг поверхности напыленного сплава сначала приводит к локальному равновесию между поверхностью и ближайшими подповерхностными слоями, которые все еще принадлежат измененному слою. Только после достижения начала объемной диффузии, обычно около 60-70% температуры плавления, измененный слой уравновешивается с объемом и наблюдается истинно равновесная сегрегация [45]. Для сплавов атомов разного размера существование и растворение измененного слоя можно изучить с помощью СТМ из-за развития сетки дислокаций несоответствия между измененным слоем и объемом [46] (рис. 7).

Рис. 7. Изменение поверхностного и подповерхностного состава напыленного сплава PtNi в процессе отжига. Вверху: схематический вид; внизу: СТМ-изображения образца Pt ₂₅ Ni ₇₅ (111) (размеры 100×90 нм каждое), соответствующие этим состояниям. Дислокации несоответствия между измененным слоем и основной массой видны как сеть темных линий на среднем изображении СТМ (см. ссылки 45, 46).

Посмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1571078502800918

J. Kruger, в Encyclopedia of Materials: Science and Technology, 2001

1.1 Ячейки коррозии

Металлическая поверхность, контактирующая с проводящим водным электролитом, обычно становится местом двух типов химических реакций. Существует окисление или анодная реакция, которая производит электроны, например,

(1)Fe→Fe2++2e−

, и восстановительная или катодная реакция, которая потребляет электроны, произведенные анодной реакцией, например

(2)O2+2h3O+4e−→4OH−

(3)O2+4H++4e−→2h3O

(4)2H++2e−→h3

Катодная реакция, представленная уравнением (2) обычно имеет самое непосредственное отношение к коррозии в естественных условиях, поскольку такая коррозия происходит при почти нейтральных значениях pH. Однако уравнения. (3) и (4) также должны учитываться для кислых сред, встречающихся в промышленных процессах, или для ограниченных объемов (ямы, щели), где pH может достигать кислых значений из-за реакций гидролиза, таких как

(5)Fe2++2h3O→FeOh3+2H+

с образованием ионов H ⁺ , концентрация которых может стать большой, поскольку ионы H ⁺ не могут легко выйти из замкнутых объемов.

Поскольку эти анодные и катодные реакции происходят одновременно на поверхности металла, они создают электрохимическую ячейку типа, показанного на рис. 1. Места, где происходят анодные и катодные реакции, аноды и катоды коррозионной ячейки, определяются многими факторами. Во-первых, их не нужно фиксировать на месте: они могут быть рядом или далеко друг от друга. Например, если два металла находятся в контакте, один металл может быть анодом, а другой катодом, что приводит к гальванической коррозии (см. 9).0045 Разд. 2.6 ) из более анодированного металла. Изменение по поверхности концентрации кислорода в окружающей среде может привести к установлению анода в тех местах, которые подвергаются воздействию среды, содержащей более низкое содержание кислорода.

Рис. 1. Электрохимическая ячейка, расположенная между анодным и катодным участками на поверхности железа, подвергающегося коррозии.

Вызывает коррозию из-за перепада аэрации. Подобные эффекты могут возникать из-за изменений концентрации ионов металлов или других веществ в окружающей среде. Эти изменения возникают из-за ориентации корродирующего металла. Вертикальная металлическая поверхность может подвергаться коррозии, потому что гравитация может влиять на концентрацию определенных видов окружающей среды вблизи ее дна. Наконец, вариации однородности поверхности металла из-за наличия включений, различных фаз, границ зерен, нарушения металла и других причин приводят к образованию анодных и катодных участков.

Процесс, происходящий на анодных участках, представляет собой растворение металла в виде ионов металлов в электролите или превращение этих ионов в продукты коррозии, такие как ржавчина. Это разрушительный процесс, называемый коррозией. Поток электронов между корродирующими анодами и некорродирующими катодами образует коррозионный ток, величина которого определяется скоростью образования электронов анодной реакцией и их расходования катодной реакцией. Скорости производства и потребления электронов, конечно, должны быть равными, иначе произойдет накопление заряда.

Просмотреть книгу Глава покупки

Читать полная глава

URL: https://www.sciendirect.com/science/article/pii/b0080431526003 .2 Гибридные SPP-волноводы

Металлическая поверхность, покрытая диэлектриком с низким показателем преломления, за которым следует диэлектрик с высоким показателем преломления, поддерживает ТМ-поляризованный гибридный SPP с полями, локализованными в области с низким показателем преломления [10.63,10.64]. Область с высоким показателем преломления может быть выбрана усиливающей средой ( напр. , полупроводник) для компенсации потерь или поддержки генерации с гибридными SPP, если последние в достаточной степени перекрываются с усиливающей средой. Лазероподобное излучение с оптической накачкой было отмечено в таких структурах, использующих нанопроволоку CdS [10.65] или пластинки CdS [10. 66,10.67] в качестве усиливающей среды.

На рис. 10.8а показан эскиз гибридного SPP-лазера, состоящего из наностержня сердцевина-оболочка GaN/InGaN на тонком слое SiO2 на эпитаксиальной пленке Ag [10.68]. Распределение плотности энергии гибридного ППП наложено на эскиз, демонстрируя локализацию поля в области с низким показателем преломления, но также значительное перекрытие с наностержнем, что обеспечивает усиление, необходимое для генерации. На рисунке 10.8b показаны измеренные кривые L-L при оптической накачке для режима генерации при λ0=510 нм при двух рабочих температурах (8 и 78 К). Также нанесено соответствующее сужение спектра (верхние данные при 78 К, нижние данные при 8 К). Изломы на кривых L-L и соответствующее резкое изменение ширины линии указывают на начало генерации.

Рисунок 10.8. (а) Эскиз гибридного SPP-лазера, состоящего из усиливающего наностержня сердцевина-оболочка GaN/InGaN на тонком слое SiO2 на эпитаксиальной пленке Ag. (б) Измеренные кривые L-L режима генерации при λ0 = 510 нм при двух температурах (8 и 78 К). Также нанесено соответствующее сужение спектра — верхние данные при 78 K, нижние данные при 8 K.

Адаптировано из Ref. [10.68].

Посмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780444595263000100

А.Д. Бордман, А.В. Zayats, in Handbook of Surface Science, 2014

11.8 Нелинейные плазмонные кристаллы для переключения и бистабильности

Наноструктурированные металлические поверхности, такие как поверхностные поляритонные кристаллы (SPPC) [11.14, 11.41], обеспечивают гораздо большую гибкость для адаптации резонансных колебаний, зависящих от длины волны. условия и условия усиления электромагнитного поля в устройствах размером в несколько длин волн субволновой толщины. Гибридизация таких наноструктур с диэлектриками, демонстрирующими оптический нелинейный отклик, позволяет использовать эффекты усиления электромагнитного поля для наблюдения нелинейных эффектов и бистабильного поведения при низкой интенсивности света. Дисперсия блоховских мод SPP плазмонного кристалла может быть сконструирована путем управления размером, формой элементарной ячейки и ее периодом. В дополнение к контролируемому положению резонансов дисперсия мод может быть рассчитана с высокой степенью точности. В частности, возможны относительно плоские моды SPP, когда групповая скорость низкая, а усиление поля сильное, что благоприятно для усиления нелинейности. Кроме того, при плоской полосе ППП значительно легче наблюдать сдвиг резонанса, если наводятся нелинейные эффекты. Поскольку все оптические свойства плазмонных кристаллов, отражение, поглощение и пропускание, в значительной степени определяются блоховскими модами ППП, которые могут быть возбуждены без каких-либо специальных приспособлений благодаря периодической структуре, полностью оптический контроль блоховской моды ППП структуры за счет изменения показателя преломления металла или соседнего диэлектрика приводит к изменению сигнального света, отраженного или прошедшего через кристалл ППП. Обычно при наличии нескольких резонансов в дисперсии SPPC как сигнальная, так и управляющая длина волны могут быть связаны с блоховскими модами, и, таким образом, нелинейное взаимодействие между ними может быть усилено (см. рис. 11.7).

Рисунок 11.7. (а) Схема модуляции света светом посредством взаимодействия с поверхностными плазмон-поляритонными блоховскими модами плазмонного кристалла. (б) СЭМ-изображение геометрии плазмонного кристалла с квадратной решеткой дырок. (в) полосная структура ППП плазмонного кристалла (темный цвет соответствует низкой плотности плазмонных состояний). Кристалл состоит из отверстий диаметром 200 нм, выфрезерованных в пленке Au толщиной 220 нм. Период 600 нм. (d) Дифференциальные нелинейные спектры пропускания, индуцированные контрольным светом 488 и 514 нм в кристалле на (b), но гибридизированные с нелинейной полидиацетиленовой пленкой 100 нм, нанесенной поверх наноструктуры.

[Адаптировано из [11.41].]

Таким образом, интегрируемые полностью оптические устройства могут быть разработаны с использованием нелинейных поверхностных плазмон-поляритонных кристаллов. Кристаллы SPP обладают оптическими свойствами, подобными двумерным фотонным кристаллам, но действуют на поверхностные поляритоны, а не на «объемные» фотоны. ПППК чаще всего рассматривают либо с периодическим расположением канавок или полос (1D ПППК), либо как двухмерное периодическое расположение отверстий или выступов различной формы (2D ПППК). Фундаментальное различие между обычными фотонными и поверхностными поляритонными кристаллами заключается в различном распределении электромагнитного поля вблизи поверхности. Поверхностные поляритоны по своей сути являются двумерными возбуждениями, электромагнитное поле которых сосредоточено на границе раздела металл-диэлектрик. Таким образом, в отличие от фотонных кристаллов, на границе раздела SPP-кристалла происходит сильное усиление электромагнитного поля, связанное с удержанием поля поверхностного поляритона. Это улучшение приводит к гораздо более сильному эффективному нелинейному оптическому отклику, достижимому с поверхностными поляритонными кристаллами, поскольку он связан с локальной напряженностью поля (уравнение (11. 15)). Это может значительно облегчить нелинейное оптическое смешение в таких структурах. Преимущество поверхностного поляритонного кристалла для разработки полностью оптических активных элементов двоякое: высокая чувствительность SPP-резонансов к незначительным изменениям оптических свойств их окружения и усиление электромагнитного поля, связанное с поверхностными плазмонными модами, которые могут позволить достичь эти модификации с помощью оптического эффекта Керра при низкой интенсивности освещения. Вследствие изменения диэлектрической проницаемости моды SPP будут испытывать частотный сдвиг, тем самым изменяя резонансные условия для возбуждения моды SPP и связанного с этим оптического пропускания или отражения.

Эти эффекты были продемонстрированы с использованием нелинейности решеток Au для управления возбуждением SPP с временем отклика суб-пс, определяемым временем отклика нелинейности Au [11.28,11.42]. Гибридизация плазмонных кристаллов с нелинейными полимерами и использование усиления сильного электромагнитного поля в цилиндрических каналах позволили добиться эффективной модуляции пропускания света через кристаллы путем управления резонансами блоховских мод [11. 43–11.44].

Нелинейные кристаллы SPP одновременно используют усиление поля на частоте контрольного света и чувствительность SPP на частоте сигнального света к изменениям диэлектрической проницаемости, вызванным контрольным светом. Нелинейное оптическое пропускание через гибридизированные плазмонные структуры можно наблюдать в различных геометриях. Можно рассмотреть две основные конфигурации, в которых возникают самоиндуцированные эффекты света, взаимодействующие с плазмонными возбуждениями в нелинейной среде, или нелинейные эффекты, управляемые внешним светом, вызывают нелинейное поведение кристалла. В целом нелинейные эффекты наблюдаются во всех резонансах передачи, связанных с возбуждением блоховских волн SPP и цилиндрическими поверхностными плазмонами [11.43]. Однако, поскольку эффект усиления поля зависит от параметров кристалла ППП, а также от локализованных поверхностных плазмонных мод, поддерживаемых наноструктурой, диапазон управляющих интенсивностей света зависит от геометрических и материальных свойств наноструктур и, следовательно, является сложная функция рассматриваемого кристалла.

Исследования спектральной характеристики переключения за счет модификаций блоховской моды SPP в конфигурации накачка-зонд показали, что в некоторых резонансах может быть достигнуто дифференциальное пропускание до 60% с возможностью как увеличения, так и уменьшения пропускания (см. рис. 11.7), в зависимости от происхождения плазмонных резонансов, которые могут быть связаны либо с чисто блоховскими модами SPP, либо с участием взаимодействия между блоховскими модами и локализованными поверхностными плазмонами отверстий, образующих кристалл. Наблюдаемый сдвиг запрещенной зоны ППП соответствует изменениям эффективного показателя преломления полимера под действием контрольного света Δn~10-4-10-3, при этом локальные изменения Δn могут быть выше [11.41]. Зависимое от интенсивности пространственное распределение локального управляющего поля на металлической поверхности приводит к самосогласованной зависимости изменения показателя преломления полимера от интенсивности управляющего света. Таким образом, бистабильное поведение при передаче сигнала может наблюдаться при определенных длинах волн управления [11.44]. Время отклика указанных выше нелинейных эффектов в гибридных системах диэлектрик-металл определяется временем релаксации как металла, так и полимера и ограничено временем диэлектрического отклика. Самовоздействие света различной интенсивности также недавно наблюдалось в плазмонных кристаллах, гибридизованных с молекулами жидких кристаллов [11.45], и показало хорошие интенсивностно-ограничивающие свойства плазмонного устройства.

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780444595263000112

M. Fadoni, L. Lucarelli in Surface and Catalysis, in Studies , 1999

3.2 Расчет площади поверхности металла

Расчет удельной поверхности металла основан на следующем простом соотношении: площадь поверхности металла (квадратный метр на грамм образца)

Vm = газ, адсорбированный монослоем (моль на грамм образца)

Na = число Авогадро (молекула на моль газа)

Sf = стехиометрический коэффициент реакции (количество молекул адсорбата поверхностный атом металла)

Sd = поверхностная плотность металла (количество атомов металла на квадратный метр)

Таким образом, стехиометрический коэффициент Sf химической реакции имеет фундаментальное значение при расчете правильной удельной площади поверхности. Sf следует исследовать и другими аналитическими методами (например, для СО с помощью инфракрасной спектроскопии). Наиболее распространенными газами, используемыми в методах хемосорбции, являются водород, монооксид углерода, кислород и диоксид азота. В следующей таблице мы приводим некоторые примеры возможных реакций между вышеуказанными газами и обычным металлом M [4].

Для моноксида углерода обычно встречаются две стехиометрии адсорбции (линейная и связанная мостиками), и инфракрасные измерения адсорбированного моноксида углерода можно использовать, чтобы различить эти две возможности. С платиной образуются в основном линейные частицы. Также были отмечены различные пропорции мостовых видов. Однако отношение монооксида углерода к доступному атому металла (CO/M) обычно аналогично отношению H/M. В случае палладия обычно наблюдаются более крупные фракции мостиковых соединений. В следующей таблице мы приводим некоторые примеры стехиометрических факторов и атомных плотностей металлов на единицу поликристаллической поверхности [5]. Значения стехиометрических факторов выражены в молях адсорбирующего газа на атом поверхности металла.

Таблица 4. Стоихиометрические факторы для различных типов реакции

.0321

Метод	Реакция (M = доступный атом металла)	Stoichiometry
Hydragen
Hydragen). 2 = M-H	0,5
Хемосорбция угарного газа	M + CO = M-CO	1
	2 M + CO = M-M-CO = M-CO = M-CO = M-CO = M-CO = M-CO = M-CO = M-CO = M-CO = M-CO = M-CO = M-CO = M-CO = CO = CO = M-MO = CO = M 2
ТИТРИЯ ГВОДА/КОЛИСЛОГО. 2 = M -O + ½ H 2 O	0,75
Реакция оксида нитроса	2 M + N 2 O = M -O -M + N 9016 2 2 2 O = M -O -M + N 9016 2 2 2 O = M -O -M + N 2 2 O = M -O -M + N 2 2 O = M -O -M + N 2 O = M -O -M + N 2 O = M -O -M + N 2 9032

Таблица 5. Параметры, относящиеся к некоторым металлам, и стехиометрические коэффициенты для различных газов

Металл (M)	H 2 /M	CO /M	O 2 /M	Atomic Weight	SD — )	Note
Pt	0.5	1	0.5	195.09	0.125	Spillover
		1.15				T > 200 C
Pd	0.5	0.6	—	106.4	0.127	Absorption with H 2
Ir			0.5	192.22	0.130
D > 1.5 nm	0.5	1
D < 1.5 nm	1	1
Rh			0. 5	102.905	0.133
D> 2nm	0.5	1
D<2nm	0.5 — 1	2
Ru	0.5			101.07	0.163	Spillover with
D>2nm		1	0.5			H 2
D<2nm		> 1	>0.5			T>25 C
						P > 100 torr
Os	0.5	—	—	190,2	0,159
NI	0,5	—	—	58,7111	—	58,7111	—	58,7111.0321	0.5	—	—	55.993	0.151
Fe	0. 5	0.5	—	55.847	0.163
Ag	—	—	0.4	107.868	0.115	At 420 K
Au	—	—	0.25	196.9665	0.115	At 470 K
			0.5			At 570 K

View chapterPurchase book

Read full chapter

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S01672905539

W. Richard Bowen, Nidal Hilal, in Atomic Force Microscopy in Process Engineering, 2009

4.8.2 Коррозия металлических поверхностей

Почти все металлические поверхности в какой-то момент их жизни регулярно или спорадически вступают в контакт с агрессивными средами, будь то водные растворы с высокой ионной силой или растворы с низким pH. В результате их поведение при контакте с такими химическими веществами и их способность противостоять коррозии играют важную роль в их сроке службы, долговечности, эффективности и внешнем виде.

Одной из наиболее распространенных агрессивных жидкостей, присутствующих в окружающей среде, являются водные растворы NaCl. Оборудование, используемое в опреснительной промышленности, пищевой промышленности, а также любое оборудование или конструкции в морской или околоморской среде постоянно контактируют с соленой водой, не говоря уже о коррозионном воздействии на автомобили и придорожные сооружения из-за солевых брызг с дорог зимой. . Санчес и его коллеги [19] исследовали ранние стадии коррозии высокопрочной стали в разбавленных (50 мМ) растворах NaCl. Исследуемые стали относились к типу, используемому для армирования бетонных конструкций, которые подвержены коррозии при воздействии соленой воды из-за пористой природы бетона и состоят из феррита и цементита. Авторы сканировали один и тот же участок поверхности стали в течение более 2 ч и наблюдали изменения морфологии поверхности вследствие взаимодействия с агрессивными средами. Снимки выборки в разное время показаны на рис. 4.28.

Рисунок 4.28. Поверхность стали после различной продолжительности воздействия 50 мМ раствора NaCl. (а) 0 мин; (б) 30 мин; (в) 50 мин.; (г) 2 ч 15 мин.

Воспроизведено из [19].

Первоначально ( t = 0) следы полировки и царапины все еще видны, но исчезают через 50 минут, когда было замечено, что поверхность становится все более шероховатой по мере роста оксидов на поверхности. Приблизительно через 50 минут и позже наблюдалось появление ряда гребней. Авторы пришли к выводу, что это пластинчатая структура перлита (смесь ферритной и цементитной фаз), возникающая при избирательном воздействии раствора соли на ферритовую матрицу. Изменение шероховатости поверхности отслеживалось в зависимости от времени, что позволяло количественно оценить коррозию поверхности, рис. 4.29..

Рисунок 4.29. Изменение шероховатости стальной поверхности во времени при воздействии раствора NaCl.

Воспроизведено из [19].

Видно, что шероховатость поверхности увеличивалась в два этапа. На первом этапе существенного увеличения шероховатости не наблюдалось. Примерно через 35 минут шероховатость быстро увеличивалась, что можно было описать простым полиномиальным выражением. Авторы связывают первую стадию с образованием тонкого слоя продуктов коррозии, а вторую стадию — с селективным воздействием на ферритную фазу стали.

Другие исследования были сосредоточены на коррозии поверхностей из-за более агрессивных коррозионных агентов. Ван и др. [20] изучал коррозию нержавеющей стали в течение нескольких дней под действием микрокапель и тонких пленок серной кислоты с использованием комбинации АСМ и РФЭС и наблюдал образование ямок и продуктов коррозии. Солмаз и его коллеги [21] исследовали коррозию низкоуглеродистой стали растворами HCl в присутствии и без присутствия ингибитора коррозии, используя АСМ для изучения изменений морфологии поверхности в сочетании с рядом других методов. Когда поверхность подвергалась воздействию только раствора HCl, наблюдалось образование очагов коррозии, которые становились как шире, так и глубже по мере увеличения времени воздействия. Когда поверхность подвергалась воздействию HCl в сочетании с 10 мМ 2-меркаптотиазолина, поверхность была более однородной, чем поверхности, подвергавшиеся воздействию только HCl, после 24-часового воздействия. При более длительном времени воздействия (приблизительно 120 ч) по-прежнему была очевидна более гладкая поверхность по сравнению с обработкой без 2-МТ. Аналогичное исследование Qu и др. [22] исследовали эффективность другой добавки (ЭДТА) в снижении коррозии стальных поверхностей под действием HCl.

Интересное исследование было проведено Valtiner et al. [23] на влияние pH на растворение в кислоте поверхностей кристаллического ZnO, часто используемого в качестве защитного покрытия для сталей. Именно устойчивостью тонкого оксидного покрытия определяется коррозионная стойкость цинка, а значит и покрытого им металла. Было замечено, что монокристаллические поверхности состоят из больших плоских участков диаметром несколько микрометров с высотой ступеней на краях 4–10 нм. При погружении в электролиты с рН 11–5,5 растворения не наблюдалось. При рН 5,5 начиналось растворение, но только по краям ступеней, а не в центре плоскостей кристалла. При значениях рН ниже этого, по мере снижения рН, скорость растворения увеличивалась, при этом существенное изменение поведения происходило ниже рН 4,0. Ниже этого значения растворение также начинало происходить на плоских поверхностях кристаллов, хотя по краям оно все еще было наиболее выраженным. Было высказано предположение, что такое поведение связано с присутствием кислорода на краях ступеней, которые гораздо более подвержены атаке протонов раствора, чем плоские поверхности, которые положительно заряжены при более высоких значениях рН.

В ряде других исследований АСМ использовалась наряду с другими методами для характеристики ряда различных покрытий для защиты металлических поверхностей от коррозии и износа, включая тонкие пленки TiN и ZrN [24]; покрытия из сплавов Sn–Ni и Sn–Cu [25, 26]; Пленки CrN для повышения износостойкости [27] и грунтовки на основе диоксида циркония в качестве покрытий на алюминии [28].

Посмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9781856175173000043

С.-Е. Lindgren, L. Walldén, Handbook of Surface Science, 2000

13.3.1.2 Сдвиги поверхностных состояний, вызванные адсорбцией металла

Если поверхность металла покрыта адсорбатом, это часто приводит к серьезной перестройке структуры электронных уровней и поверхностные состояния чистой поверхности кристалла больше не проявляются. Один из способов выяснить, является ли наблюдаемое состояние поверхностным состоянием, состоит в том, чтобы подвергнуть поверхность воздействию реактивного газа, что обычно приводит к исчезновению поверхностного состояния. Если адсорбат представляет собой простой металл, поведение часто бывает другим. Когда атомы щелочного металла или Ba адсорбируются на Cu(111) (Линдгрен и Валлден, 1978, 1979, 1980а, 1987, 1988б; Kevan, 1986), Li на Be(0001) (Watson et al. , 1990) или Cs на W(100) или Ta(100) (Soukiassian et al., 1985) поверхностные состояния кристалла металла все еще наблюдаются, но появляются при энергиях, которые постепенно меняются по мере изменения адсорбированного количества.

В случае Cu(111) такой постепенный сдвиг наблюдается для поверхностного состояния на 0,4 эВ ниже рассмотренного выше E _F (рис. 13.9). Поверхностная полоса смещается к более низкой энергии при адсорбции, так что примерно на половине полного покрытия монослоем она почти совпадает с исходной объемной полосой, которая в точке L объемной зоны Бриллюэна находится на 0,8 эВ ниже уровня Ферми. Если полоса жестко смещается вниз, это означает, что она становится более заселенной за счет адсорбции щелочного металла и, таким образом, участвует в переносе заряда между подложкой и адсорбатом. Однако в некоторой степени полоса изменяет свою массу по мере того, как она смещается в сторону более низкой энергии, а количество заряда, перенесенного на поверхностную полосу, является неопределенным из-за сложности точного измерения занимаемой площади поверхностной зоны Бриллюэна (Кеван, 19). 86).

Рис. 13.9. Энергетический сдвиг для k _‖ = 0 поверхностного состояния Cu(111) при адсорбции Cs. Полное покрытие монослоем Cs соответствует θ = 0,25. Сдвиг получен из спектров фотоэмиссии, записанных в нормальном направлении.

От Линдгрен и Валлден (1979).

При наблюдении сдвига поверхностного состояния Cu(111) с помощью фотоэмиссии можно заметить, что интенсивность эмиссии уменьшается по мере адсорбции щелочных атомов на поверхности (пик S на рис. 13.10). На первый взгляд это можно принять за указание на то, что условия становятся менее благоприятными, так что состояние существует только на сжимающейся части поверхности. Однако в значительной степени пониженную интенсивность можно понять как результат меньшей вероятности возбуждения состояния после того, как его энергия сместилась так, что оно окажется ближе к объемной полосе. То, что можно ожидать пониженной интенсивности, можно понять, наблюдая, что по мере приближения поверхностной полосы к объемной полосе, описывающей дисперсию поперек шейки поверхности Ферми Cu, волновая функция поверхностного состояния становится более похожей на волновую функцию объемных состояний. . Эти объемные состояния не наблюдаются в эксперименте по фотоэмиссии с какой-либо заметной интенсивностью, если только не выбраны специальные энергии фотонов, так что возможны прямые оптические переходы в полосу более высоких энергий электронов. Таким образом, можно ожидать, что интенсивность излучения поверхностного состояния будет постепенно уменьшаться по мере того, как состояние приближается к объемной полосе, из которой оно получено.

Рис. 13.10. Энергетические спектры фотоэлектронов, зарегистрированные вдоль нормали к поверхности при энергии фотона 4,9 эВ для различных покрытий Na на Cu(111). Цифры у спектров указывают время испарения в минутах. Один полный монослой соответствует времени испарения около пяти минут. Пик F обусловлен дискретным состоянием надслоя Na, характерным для одного полного монослоя Na, тогда как пик S обусловлен поверхностным состоянием Cu(111) в L-щели. Поверхностное состояние смещается в сторону более низких энергий из-за адсорбции Na. Пик D обусловлен самой высокой полосой Cu 3d.

От Линдгрен и Валлден (1980a).

Дальнейшее подтверждение точки зрения о том, что это энергетический сдвиг состояния, который производит уменьшенное излучение, получено путем сначала адсорбции щелочного металла для сдвига энергии вниз, а затем подвергания образца воздействию кислорода. Это воздействие приводит к смещению полосы обратно к более высоким энергиям, а затем также наблюдается увеличение интенсивности излучения (Lindgren and Walldén, 1979). В рамках фазового анализа можно ожидать перехода к более низкой энергии из-за снижения поверхностного барьера. Другой вероятный эффект адсорбата состоит в том, что вакуумный барьер сместился в пространстве в сторону вакуума, расширив потенциальную яму, что также уменьшит энергию состояния (Чен и Смит, 19).87; Алквист, 1979).

Недавно было продемонстрировано, что деформация эпитаксиальной пленки может заметно сдвигать энергию поверхностного состояния (Neuhold and Horn, 1997). Спектры фотоэмиссии с эпитаксиальных пленок Ag(111) толщиной 50 А на Si(111)-(7×7) не показали пика поверхностного состояния вблизи края Ферми, характерного для кристалла Ag(111) и пленок Ag(111). получают, например, на высокоориентированном пиролитическом графите (Patthey and Schneider, 1994). Отсутствующий пик появляется после небольшого отложения Cs и смещается, как описано выше для Cu(111)/Cs при дальнейшем увеличении покрытия (рис. 13.11). Результаты показывают, что для пленки, выращенной на Si(111), энергия поверхностного состояния смещена вверх на 0,15 эВ до энергии, несколько превышающей уровень Ферми. Сдвиг и опустошение состояния объясняется деформацией пленки из-за рассогласования с решеткой Si. Представляет интерес тот факт, что способность изменять состояния поверхности за счет адсорбции щелочных металлов имеет решающее значение для полученной информации.

Рис. 13.11. Фотоэлектронные энергетические спектры пленок Ag(111) на ВОПГ (слева) и на Si(111) (справа), покрытых субмонослойными количествами Cs. Серые столбцы указывают положения пика эмиссии из-за состояния поверхности. Состояние смещается в сторону более низкой энергии с увеличением покрытия Cs. Для пленки, нанесенной на Si(111), результаты показывают, что состояние находится выше уровня Ферми при нулевом покрытии Cs.

Из Нойхольда и Хорна (1997).

Посмотреть главуКнига покупок

Читать главу 9 полностью0003

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1573433100800177

Казуаки Хачия, в Исследованиях в области науки о поверхности и катализе, 2001

1 поверхности машины, соприкасающиеся друг с другом. При повышении температуры на контактных поверхностях за счет заедания смазка испаряется и окисляется. Традиционные экспериментальные методы окисления заключались в измерении количества кислорода, поглощаемого смазкой, и анализе продуктов окисления смазки [1]. Эти методы, по-видимому, не являются прямыми измерениями заедания металлических поверхностей машины. В данном эксперименте масляная пленка, толщина которой была того же порядка, что и у жидкопленочной смазки, формировалась на поверхности металлической пластины смазкой из поли-

α -олефин (ПАО). После окисления пленки смазки на воздухе при температуре, при которой произошло заедание на контактных металлических поверхностях, за испарением и окислением смазки следовали измерения массы и поглощения с помощью ИК-Фурье-спектрофотометра соответственно.

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S016729

22084

J.R. Krenn, in Encyclopedia of Materials: Science and Technology, 2007

4.2 Отверстия и щели

В дополнение к модуляции металлических поверхностей или тонких пленок с помощью выступов, как обсуждалось в предыдущем разделе, модуляция может быть также достигнута с помощью периодических массивов. отверстий или щелей. Действительно, такие системы привлекли значительное внимание с момента появления первого сообщения об экстраординарной оптической передаче в видимом спектральном диапазоне через непрозрачную золотую пленку, перфорированную (с помощью FIB-литографии) с регулярным набором наноразмерных отверстий (Ebbesen 9).0045 и др. 1998 г.). Было обнаружено, что оптическое пропускание превышает значения, ожидаемые из классической теории дифракции, и даже процент площади, занимаемой отверстиями. Это означает, что свет, падающий на металлическую пленку между отверстиями, также «каким-то образом» передается, что можно объяснить участием поверхностных плазмонов. Действительно, свет, падающий на модулированную пленку, может взаимодействовать с поверхностными плазмонными модами через решеточную связь, опосредованную массивом дырок (Raether, 1988). Поля плазмонов просачиваются через отверстия на дальнюю поверхность металлической пленки, где плазмоны переизлучаются в свет, опять же через связь с обычным массивом дырок (Ghaemi 9).0045 и др. 1998, Мартин-Морено и др. 2001, Barnes и др. 2004, Браво-Абад и др. 2004 г.).

На рис. 10(b) (Ghaemi et al. 1998). Наблюдаемые пики относятся к модам поверхностных плазмонов либо на границе раздела золото/воздух, либо на границе раздела золото/кварц. Возникновение мод на обеих сторонах металлической пленки указывает на сильную связь между двумя границами раздела. Дополнительные признаки в спектре могут быть отнесены к аномалиям Вуда (Wood 1935). Сообщалось также о подобных наблюдениях над металлическими пленками, перфорированными щелями вместо отверстий (Barbara et al. 2002, Xie et al. 2004).

Рис. 10. Улучшенная оптическая передача через массив круглых наноотверстий. (а) СЭМ-изображение (наклонный вид) регулярного массива круглых отверстий диаметром 150 нм в серебряной пленке толщиной 200 нм, период 900 нм; б) соответствующий спектр пропускания. Сплошные и пунктирные маркеры указывают длины волн поверхностного плазмона и аномалии Вуда соответственно. Верхний и нижний ряды относятся к интерфейсам золото/кварц и золото/воздух соответственно. Перепечатано с разрешения Ghaemi H F, Thio T, Grupp D E, Ebbesen T W, Lezec H J, Физ. Rev. B , 58 , 6779, 1998. Авторские права (1998) принадлежат Американскому физическому обществу.

Помимо распространяющихся поверхностных плазмонных мод, эксперименты на решетках, состоящих из отверстий с некруглыми поперечными сечениями, выявили важный вклад локализованных плазмоноподобных мод частиц в явление передачи (Degiron et al. 2004, Koerkamp et al. 2004, Дегирон и Эббесен, 2005).

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу 9 полностью0003

URL: https://www.sciendirect.com/science/article/pii/b978008043152

72

.

Citations

30,465

h -index

91

Publications

111

Yanhui Yang

Nanjing Tech University, Nanjing, China

Citations

12,661

h -index

55

Publications

123

Абдель Азиз С. Фуда

Университет Мансура, Мансура, Египет

Цитаты

4,520

h 4 -index0855

31

Publications

44

Zhili Feng

Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, United States

Citations

3,542

h -index

34

Публикации

40

Металлы и другие микроэлементы

2 Металлы, металлоиды и радионуклиды — это микроэлементы, встречающиеся в природе в земной коре. В небольших количествах многие микроэлементы необходимы для здоровья всех живых организмов, но некоторые микроэлементы могут быть токсичными или вызывать рак, а некоторые могут биоаккумулироваться. Геологическая служба США исследует, где и как микроэлементы попадают в поверхностные и грунтовые воды нашей страны.

Микроэлементы — это просто элементы, присутствующие в окружающей среде в незначительных количествах. Микроэлементы включают металлы, такие как свинец и железо; металлоиды, такие как мышьяк ; и радионклиды (радиоактивные элементы), такие как радий и радон. Микроэлементы в ручьях, реках и подземных водах нашей страны имеют естественные и искусственные источники. Выветривание горных пород, эрозия почвы и растворение водорастворимых солей являются примерами природных источников микроэлементов. Многие виды деятельности человека также вносят микроэлементы в окружающую среду — горнодобывающая промышленность, городские стоки, промышленные выбросы и ядерные реакции — это лишь некоторые из многих искусственных источников. Микроэлементы, как правило, концентрируются в отложениях, но также могут до некоторой степени растворяться в воде и представлять опасность для здоровья человека и водной среды.

     ► Узнайте о микроэлементах в подземных водах в основных водоносных горизонтах Соединенных Штатов, нашем невидимом жизненно важном ресурсе.

 

МЕТАЛЛЫ

Многие люди могут не осознавать, что большинство элементов являются металлами. Металлы, как правило, блестят, из них получаются хорошие проводники, они податливы и пластичны. Большинство из них подвергается коррозии при воздействии морской воды или воздуха и теряет электроны во время реакций. Мы знакомы со многими металлами, например с золотом, серебром, свинцом, цинком, хромом, кадмием и ртуть . Менее очевидно, что другие элементы — например, бериллий, натрий и литий — тоже являются металлами. Хотя искусственные металлические объекты окружают нас каждый день, металлы составляют лишь незначительную долю элементов в земной коре.

Согласованного определения термина «тяжелые металлы» не существует, но тяжелыми металлами обычно считаются металлы с высокой плотностью. Золото, серебро, олово, медь, цинк и железо являются хорошо известными примерами тяжелых металлов. Некоторые тяжелые металлы, такие как железо и цинк, являются важными питательными веществами при низких концентрациях, но токсичны при высоких концентрациях. Другие несущественные тяжелые металлы, такие как кадмий, ртуть и свинец, токсичны даже при относительно низких концентрациях.

«Металлоид» имеет промежуточные свойства между металлами и неметаллами. С точки зрения качества воды, мышьяк , возможно, является металлоидом, вызывающим наибольшую озабоченность. Другие металлоиды включают бор и кремний, а углерод и некоторые другие микроэлементы иногда классифицируются как металлоиды.

Металлы в воде, используемой для питья, и в отложениях могут представлять опасность для здоровья человека и водной среды. Были разработаны различные контрольные показатели концентрации , которые указывают концентрацию, выше которой металл представляет опасность для здоровья.

 

РАДИОНУКЛИДЫ

Радионуклиды (радиоактивные элементы) также являются микроэлементами. Радионуклиды в нашей окружающей среде производятся минералами в земной коре, космическими лучами, сталкивающимися с атомами в атмосфере Земли, и деятельностью человека. Радионуклиды встречаются в природе во многих горных породах и минералах и поэтому часто встречаются в подземных водах. Наиболее распространенными примерами радионуклидов в подземных водах являются уран, радий и радон.

     ► Подробнее о  радионуклиды и качество воды .

 

ДРУГИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТЫ

Небольшое количество микроэлементов, таких как селен, не являются ни металлами, ни радионуклидами. Селен встречается в природе в осадочных породах, сланцах, месторождениях угля и фосфатов, а также в почвах. Применение оросительной воды, содержащей растворенный кислород, может привести к попаданию селена из отложений в грунтовые воды, особенно в засушливых районах. Этот процесс был задокументирован в мелком Водоносный горизонт бассейна Денвера  в Колорадо и в некоторых частях Запада, где селен встречается в горных породах и отложениях. Селен в подземных водах может сбрасываться в ручьи, где он может биоаккумулироваться в водной пищевой цепи. Хроническое воздействие на рыбу и водных беспозвоночных может вызвать нарушение репродуктивной функции.

 

МИКРОЭЛЕМЕНТЫ И ПИТЬЕВАЯ ВОДА

Концентрация микроэлементов, скорее всего, будет проблемой в подземных водах, чем в поверхностных водах, если только этот район не затронут горнодобывающей промышленностью. Это связано с тем, что когда подземные воды проходят через породы и отложения, составляющие водоносный горизонт, некоторые минералы, содержащиеся в этих породах и отложениях или прилипшие к ним, высвобождаются в воду. Подземные воды, которые долгое время находились в водоносном горизонте, имели больше времени для взаимодействия с материалами водоносного горизонта, чем подземные воды, которые недавно пополнялись. Кроме того, геохимические условия, такие как pH и окислительно-восстановительный потенциал , меняются по мере того, как подземные воды медленно перемещаются по пути течения от пополнения к разгрузке — эти геохимические условия могут влиять на то, попадают ли металлы в подземные воды.

Возраст подземных вод является лишь одним из факторов, которые могут влиять на концентрацию микроэлементов. Другие факторы включают климат, геологию и действия человека. Климат4 играет роль, потому что в регионах с низким уровнем осадков и высокой скоростью испарения меньше воды, разбавляющей продукты выветривания горных пород. Геология играет роль, потому что металлы, доступные для выщелачивания в подземные воды, зависят от типов минералов, присутствующих в горных породах и отложениях. Наконец, действия человека, такие как ирригация и откачка, могут повлиять на концентрацию микроэлементов в грунтовых водах, часто за счет изменения геохимических условий, таких как рН и окислительно-восстановительные условия, в пределах водоносного горизонта.

Металлы, которые, как сообщается, широко встречаются в неочищенных подземных водах из некоторых водоносных горизонтов в концентрациях, превышающих эталонных значений для питьевой воды , включают марганец и металлоид мышьяк . Другие металлы, такие как железо, могут не присутствовать в количествах, которые представляют опасность для здоровья, но могут доставлять неудобства, делая воду неприятной для питья или окрашивая приспособления . Уровни металлов можно снизить с помощью лечения. Вода из коммунальных колодцев должна регулярно проверяться оператором колодца, чтобы убедиться, что вода, поставляемая потребителям, соответствует требованиям 9.0827 Федеральные и государственные стандарты качества воды , которые существуют для многих, но не для всех металлов. Регулярное тестирование воды из бытовых (частных) колодцев не требуется, и домовладелец или владелец частного колодца должен проверять, обслуживать и очищать воду из своего колодца. Лучший способ узнать качество воды в домашнем колодце — это проверить его.

В районах, затронутых горнодобывающей деятельностью , кислотные стоки растворяют тяжелые металлы, такие как медь, свинец и ртуть, в грунтовых или поверхностных водах. Кислотные, содержащие металлы стоки из заброшенных угольных шахт могут оказывать существенное воздействие на водные ресурсы. Проблемы, которые могут быть связаны с шахтным дренажем, включают загрязненную питьевую воду, нарушение роста и размножения водных растений и животных, а также разъедающее воздействие кислоты на части инфраструктуры, такие как мосты.

Коррозионно-активная вода может способствовать повышению концентрации металлов в питьевой воде, но в этом случае металлы поступают из водопроводной системы, например из водопроводных труб. Коррозионно-коррозионная вода сама по себе не опасна, но если водопроводные материалы содержат свинец или медь, коррозионно-активная вода может привести к попаданию этих металлов в водопровод. И поверхностные, и подземные воды могут вызывать коррозию. Многие факторы способствуют коррозии, в том числе повышенные концентрации хлорид и другие растворенные твердые вещества , pH вне нейтрального диапазона, повышенные концентрации взвешенных веществ и низкая щелочность.

 

МЕТАЛЛЫ В ОЗЕРНЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ – РЕКОНСТРУКЦИЯ ТЕНДЕНЦИЙ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Источники/использование: общественное достояние.

Исследователи вырезали кусочки отложений из керна озерных отложений для анализа. Анализируя концентрации загрязняющих веществ, связанных с отложениями, от нижней части керна до верхней части, можно реконструировать историю этого загрязнителя в водоразделе.

Металлы склонны прилипать к отложениям ; они могут переноситься взвешенными наносами в ручьях и реках в озера и водохранилища, где нанос и металлы оседают на дно. История загрязнения металлами водосборного бассейна записана в отложениях озера, и путем сбора и анализа кернов этого отложения можно реконструировать историю загрязнения водосборного бассейна .

Тенденции в отношении металлов, зафиксированные в кернах отложений, отражают законодательство, регулирование и изменяющиеся демографические и промышленные методы в Соединенных Штатах. Например, керны отложений ясно указывают на пик использования этилированного бензина в конце 19 века.60-х и начала 1970-х годов. Исследование тенденций содержания металлов в 35 водохранилищах и озерах по всей территории США выявило тенденцию к снижению как свинца, так и хрома в большинстве озер, и тенденцию к увеличению в небольшом числе озер или вообще без них. Керны отложений также могут регистрировать тенденции в металлах, связанных с местными источниками, такими как горнодобывающая промышленность и металлургические заводы. В городских районах речные источники (городской сток и ручьи) вносят гораздо больший поток металлов, чем атмосферные источники.

     ► Узнайте больше о металлах и кернах озерных отложений .

 

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ

• Токсичные металлы (Управление по охране труда)
• Металлы (Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов)
• Потенциальные загрязнители колодезной воды (Агентство по охране окружающей среды США)

Металлы с покрытием Определение | Law Insider

• означает нефтепродукт, полученный в результате перегонки и переработки сырой нефти и способный использоваться в качестве топлива для двигателей автомобилей или самолетов, включая автомобильный бензин, бензин, другие спиртовые смеси. , авиационный бензин, керосин, дистиллятный мазут и дизельное топливо №1 и №2.

• означает товар, доставленный на строительную площадку для включения в здание или работы, которые были— Американский институт нефти.

• означает продукт каннабиса в его окончательной форме для продажи в розничных магазинах.

• означает любое одно или несколько из следующих нефтяных масел, или смесь или комбинацию этих масел, которые должны использоваться без дальнейшей обработки, кроме смешивания механическими средствами:

• означает лицо, которое занимается или желает заниматься или намеревается заниматься производством и продажей сельскохозяйственной продукции в этом штате.

• Все зарегистрированные гости и все лица, забронировавшие проживание в одном и том же номере, оплатившие требуемую стоимость плана. • «Пребывание»: пребывание в единице iTrip с даты регистрации Покрываемого гостя до даты выезда.

• означает готовые товары, не требующие дополнительной обработки или производства, для продажи Сторонами займа третьим лицам в ходе обычной деятельности.

• означает любой конечный продукт в кодах продуктов и услуг (PSC) 1000-9999, за исключением:

• означает изделия и строительные материалы, полностью или частично состоящие из цветных металлов, таких как алюминий; пластмассы и изделия на основе полимеров, такие как трубы из поливинилхлорида; заполнители, такие как бетон; стекло, в том числе оптическое волокно; и пиломатериалы.

• означает Запасы, которые квалифицируются как Приемлемые запасы и состоят из первоклассной готовой продукции, предназначенной для продажи в ходе обычной деятельности Заемщика.

• означает бензин, дизельное топливо, топливо для реактивных двигателей, сжиженные нефтяные газы, асфальт и асфальтовые продукты, а также другие продукты нефтепереработки.

• означает любой продукт, подпадающий под одну или несколько из следующих категорий, при условии, что Компания производит, продает, продает или лицензирует такой продукт в любой точке мира: напитки, в том числе без ограничения газированные безалкогольные напитки, чай, вода. , сокосодержащие напитки, спортивные напитки, кофейные напитки и молочные напитки с добавленной стоимостью; соки и сокосодержащие продукты; закуски, включая соленые закуски, сладкие закуски, мясные закуски, мюсли и злаковые батончики, а также печенье; горячие каши; смеси для блинов; рисовые продукты с добавленной стоимостью; блинный сироп; макаронные изделия с добавленной стоимостью; готовые каши; сухие макаронные изделия; или любой продукт или услуга, о которых Участник имел основания знать, разрабатывались Компанией во время работы Участника в Компании.

• означает термин, определенный в генеральном соглашении об урегулировании.

• означает продукты, перечисленные в Приложении I к Договору, за исключением продуктов рыболовства и аквакультуры, перечисленных в Приложении I к Регламенту (ЕС) № 1379/2013 Европейского парламента и Совета от 11 декабря 2013 г.;

• означает продукт покрытия под давлением, содержащий пигменты или смолы, который распределяет ингредиенты продукта с помощью пропеллента и упакован в одноразовую банку для ручного нанесения или для использования в специализированном оборудовании для наземного движения/маркировки.

• означает любой компонент, который предназначен для обеспечения фармакологической активности или другого прямого действия при диагностике, лечении, смягчении последствий, лечении или профилактике заболевания, или для воздействия на структуру или любую функцию тело людей. Этот термин включает те компоненты, которые могут подвергаться химическим изменениям при производстве лекарственного препарата и присутствовать в лекарственном препарате в модифицированной форме, предназначенной для обеспечения указанной активности или эффекта.

• означает каннабис, подвергшийся процессу, в ходе которого растительный материал был преобразован в концентрат, включая, помимо прочего, концентрированный каннабис, или пищевой продукт или продукт для местного применения, содержащий каннабис или концентрированный каннабис и другие ингредиенты.

• означает то же, что и община, сдаваемая в аренду, определенная в разделах 335.30A и 414.28A.

• означает коммерческую конечную продукцию, полученную в результате эксплуатации Имущества в качестве рудника:

• означает Лицензионный продукт, поставляемый в форме, отличной от Готового продукта, который может быть преобразован в Готовый продукт.

• означает любой результат поставки по Контракту, который может включать товары, услуги, технологии или программное обеспечение.

• означает технологии информационных ресурсов, которые являются или связаны с EIR.

• означает ингредиент, который не является активным ингредиентом.

• означает продукты, перечисленные в Приложении I к Договору, за исключением продуктов рыболовства, а также хлопка;

Тяжелые металлы в поверхностных отложениях озер на охраняемых территориях в Польше: концентрация, загрязнение, экологический риск, источники и пространственное распределение

Введение

Тяжелые металлы (ТМ) считаются одним из наиболее проблемных загрязнителей окружающей среды ^{1, 2} . Это связано с их стойкостью, небиоразлагаемостью, токсичностью и биоаккумуляцией. Их происхождение в водоемах может быть либо естественным (например, выветривание коренных пород, извержения вулканов), либо антропогенным (например, добыча металлических руд и угля, сжигание угля, промышленность, урбанизация, очистка сточных вод, внесение удобрений, атмосферные отложения в результате сжигания ископаемого топлива, обезлесение, туризм). , аквакультура, рыболовство) ^{3,4,5,6,7,8,9,10} . Доминирующие источники ТМ различаются в континентальном масштабе. В Африке основным источником ТМ является выветривание коренных пород, в Северной Америке горнодобывающая промышленность и промышленность, а в Азии и Европе бытовые сточные воды ¹¹ .

По результатам последних исследований в отложениях преобладают элементы преимущественно антропогенного происхождения ^12,13,14 . Многие исследования показывают, что промышленные источники, как правило, оказывают наибольшее влияние на загрязнение ТМ ¹⁵ . В городских озерах преобладающими источниками являются городские и промышленные стоки; в сельской местности озера в основном питаются сельскохозяйственными стоками и бытовыми отходами ¹³ . Озера на охраняемых территориях также подвержены поступлению ТМ из антропогенных источников ^16,17,18 . Это связано с тем, что эти озера, водосборы которых находятся за пределами ООПТ. Согласно Кукуличу и соавт. (2009), ТМ в отложениях озер в национальных парках имеют как природное, так и антропогенное происхождение. В озерах, изолированных от источников загрязнения, характер концентрации ТМ иной, чем в озерах, подверженных антропогенному воздействию ¹⁹ . Исследование, проведенное Vukosav et al. ²⁰ показали, что отложения озер в Национальном парке Плитвицкие озера (Хорватия) в целом не загрязнены ТМ. Также не зафиксировано загрязнения донных отложений в национальном парке «Смоленское озеро» ²¹ . Согласно исследованию Sojka et al. ²² , даже в озерах с водосборами, полностью расположенными в пределах национального парка Боры-Тухольские (Польша), наблюдались повышенные концентрации ТМ в донных отложениях в результате сухого и влажного выпадения из атмосферы.

Имеются многочисленные результаты исследований, отражающие состояние загрязнения ТМ отложений по всему миру ^23,24,25,26 . Исследования обычно проводятся для поверхностного слоя отложений ^27,28,29 . Их основной целью является улавливание воздействия точечных и неточечных источников загрязнения, а также оценка влияния гидравлических процессов на границе река–озеро и морфометрических условий на распределение ТМ в водном объекте ^30,31 . Временная и пространственная изменчивость ТМ в отложениях озер обычно определяется многими перекрывающимися химическими, физическими и биологическими процессами. Загрязнение в значительной степени варьируется между озерами, а также внутри озер ^31,32 . На пространственное распределение загрязнителей влияют гидрологические и гидродинамические условия, влияющие на перенос воды и наносов, а также на обмен ТМ между водой и наносами ^33,34 . Отложения, отложившиеся в озерах, являются уникальным свидетельством процессов, происходящих в отдельных озерах и водосборных бассейнах ^35,36 .

Natura 2000 (N2) – новейшая форма охраны природы, созданная в Польше в 2004 г. Зоны N2 были образованы во всех государствах-членах Европейского Союза, создав Европейскую экологическую сеть Natura 2000. В настоящее время сеть N2 охватывает почти 20% территории страны в Польше. Озера, включенные в зону N2, — это те, которые на протяжении многих лет подвергались антропогенному воздействию, но в настоящее время также получают загрязнения, поступающие с водосборной территории. В связи с этим возникает вопрос о том, что представляет собой их загрязнение и какие факторы определяют это загрязнение. Чтобы ответить на поставленные выше вопросы, в данном исследовании мы (1) проанализировали концентрацию ТМ в поверхностных отложениях озера, (2) оценили загрязнение поверхностных отложений озера ТМ и их токсическое воздействие на водную биоту, (3) определили пространственную характер концентраций ТМ в поверхностных отложениях озер, (4) выявлены источники поступления ТМ в озера и (5) выявлены факторы, способствующие и/или ограничивающие поступление и накопление ТМ в поверхностных отложениях озер.

Описание места исследования

В Польше более 7000 озер. Подавляющее большинство из них расположено в северной части страны. К ним относятся исключительно экологически ценные объекты, требующие детального наблюдения и охраны ³⁷ . В заповедных и ландшафтно-парковых зонах расположено 146 и 791 озер соответственно ³⁸ . В этой статье анализ охватывает 77 озер, расположенных в районах N2 (рис. 1) (таблица S1 в приложении). Генезис анализируемых в статье озер преимущественно послеледниковый. Поэтому их морфометрические свойства сильно различаются. Это существенно влияет на ход протекающих в них процессов и явлений, формируя их как абиотические, так и биотические свойства. Это утверждение можно отнести к условиям водообмена, питания подземных вод и т. д. Например, самые глубокие из проанализированных озер (Дравско (15), Вукшники (74), Бабенты Вельке (1) и т. д.) находятся в контакте с геологическими образования с различными физико-химическими свойствами (в том числе пески и гравий, суглинки, торфы). Сложность функционирования этих экосистем усугубляется отношениями между озером и его водосбором, в том числе приближенными к квазиестественным (преобладание лесных массивов) и сильно подверженными антропогенному воздействию.

Рисунок 1

Место проведения исследования (рисунок создан в ArcMap 10.7, https://desktop.arcgis.com/en/arcmap/).

Полный размер

Материалы и методы

Химические данные

В данном исследовании использовались результаты химического анализа ТМ, предоставленные Главной инспекцией по охране окружающей среды (CIEP) в Польше. Материал исследования получен в результате определения ТМ в 5-сантиметровом поверхностном слое донных отложений, отобранных в самой глубокой точке озера. Отложения для анализа собирали с помощью пробоотборника Ван Вин. Элементы, выбранные для анализа, включали Cd, Cr, Cu, Ni, Pb и Zn. Концентрацию ТМ в пробах донных отложений определяли методом оптической эмиссионной спектрофотометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-ОЭС). Пределы обнаружения для Cd, Cr, Cu, Ni, Pb и Zn составляли 0,05, 0,30, 0,40, 0,40, 1,0 и 0,5 мг ^. кг ^-1 соответственно.

ЦИЭП проводит циклические исследования поверхностных отложений озер в рамках государственного экологического мониторинга, направленные на определение содержания ТМ. В 2020 году исследование охватило 160 озер. Основным критерием отбора озер для анализа было их расположение в пределах охраняемых территорий N2 и в границах вейкселевского оледенения. На основании вышеуказанных критериев для анализа было отобрано 77 озер. Еще одним критерием выбора озера было наличие морфометрических данных. Анализ архивных материалов, предоставленных Институтом внутреннего рыболовства в Ольштыне, показал, что данные отсутствовали только для озер Косино (27), Пясечно (41), Рудно (51) и Сяновских (54). Поэтому эти озера были частично исключены из анализа главных компонент.

Данные и пространственный анализ

Для идентификации озер в пределах охраняемых территорий N2 использовалась база геоданных Главного управления охраны окружающей среды (GDEP) в Польше. База геоданных GDEP включает информацию о пространственной протяженности охраняемых территорий на территории Польши, т. е. территорий N2 (включая особые охраняемые территории — «местообитания» N2h и особо охраняемые территории — «птица» N2b), а также национальных парков (НП), ландшафтных парки (LP) и заповедники (NR). Общая доля охраняемых территорий определялась для отдельных озерных водосборов (PrA). При анализе использовались данные, отражающие структуру землепользования на водосборах, т. е. доли искусственных территорий (АА), сельскохозяйственных угодий (АгА), лесных и полуестественных территорий (ЛП), водно-болотных угодий (ВП) и водных ресурсов. тела (ВаА). Структура землепользования была определена на основе базы геоданных Corine Land Cover, предоставленной Европейским агентством по охране. Кроме того, для описания динамики воды и вещества на водосборе определялась густота речной сети. Кроме того, для озер было разработано несколько характеристик, касающихся гидрологического типа (проточные (FT), экзорейские (Ex) и бессточные озера (En)), площадь поверхности (LA), объем (LV), средняя (AvD), максимальная глубина. (MaD) и индекс развития береговой линии (SDI). Для оценки воздействия водосбора на озеро был рассчитан коэффициент дренированности озера (КДР). Отношение площади водосбора к площади озера является широко используемым показателем влияния процессов водосбора на динамику озера ³⁹ . Для каждого из озер определялось среднее время водообмена (ВВТ) как отношение объема озера к выносу воды из водосбора. Методика расчета частных характеристик представлена ​​в Прил. Таблица S2.

Анализ загрязнения поверхностных отложений и экотоксичности

При оценке загрязнения донных отложений озер рассчитан индекс геоаккумуляции ( I _гео ) ⁴⁰ , коэффициент загрязнения (КФ) ⁴¹ , коэффициент обогащения (EF) ⁴² , индекс загрязнения (PLI) ⁴³ и индекс загрязнения металлами (MPI) ⁴⁴ . Индексы I _geo , CF и EF позволяют оценить загрязнение отложений по одному элементу. PLI и MPI позволили провести комплексную (комплексную) оценку загрязнения донных отложений по всем ТМ. При расчете значений I _geo , CF, EF и PLI использовались значения геохимического фона, предложенные Tylmann et al. ⁴⁵ . Значения геохимического фона следующие: Cd 0,5 мг кг ^-1 ; Cr 5 мг кг ^-1 ; Ni 5 мг кг ^-1 ; Cu 6 мг кг ^-1 ; Pb 10 мг кг ^-1 ; и Zn 48 мг кг ^-1 . Кроме того, при расчете КВ использовалось значение геохимического фона для Fe (10 000 мг кг ^-1 в этом исследовании). Значения геохимического фона и содержания Fe в пробе озерных отложений позволили стандартизировать результаты ⁴⁶ . Методы, использованные для расчета геохимических индексов и соответствующих классов загрязнения донных отложений тяжелыми металлами, представлены в Прил. Таблица S3.

Оценка потенциального токсического действия ТМ проводилась с использованием индекса токсического риска (TRI) ⁴⁷ . Значения TRI были рассчитаны на основе пороговой (TEC) и вероятной (PEC) концентраций воздействия ТМ. Значения PEC и TEC были предложены MacDonald et al. ⁴⁸ . Значения КТР для Cd, Cr, Cu, Ni, Pb и Zn составляют 0,9.9, 43, 32, 23, 36 и 120 мг·кг ^-1 соответственно. Значения РЕС для Cd, Cr, Cu, Ni, Pb и Zn следующие: 5,0, 110, 150, 49, 130 и 460 мг/кг ^-1 соответственно. Методика расчета TRI и класса токсичности представлена ​​в Прил. Таблица S3.

Статистический анализ

Статистический анализ включал определение описательной статистики для анализируемых ТМ. Были определены минимальные, средние, медианы и максимальные значения. При этом для каждого из элементов были определены значения квартилей Q1 и Q3, а также межквартильный размах (МКР). Для представления изменчивости концентраций отдельных ТМ в поверхностных отложениях были разработаны комбинированные диаграммы-скрипка и блочная диаграмма. Кроме того, был проведен ранговый корреляционный анализ Спирмена для оценки распределения ТМ в озерных отложениях. Для проверки наличия нормального распределения концентраций ТМ использовался критерий Шапиро-Уилка. Чтобы определить, значимы ли различия между концентрациями конкретных ТМ в отложениях, был применен непараметрический ранговый критерий Уилкоксона для пар. Перед тем, как приступить к многомерному анализу, то есть кластерному анализу (КА) и анализу главных компонент (АГК), на первом этапе набор данных был проанализирован с точки зрения появления выбросов с использованием критерия Граббса. Из-за правостороннего распределения анализируемых ТМ был применен односторонний критерий Граббса. Выявленные выбросы были заменены значениями на 1% выше максимального значения, которое не было распознано как выброс. Суть этой операции заключалась, с одной стороны, в ограничении влияния выбросов на результат анализа, а с другой стороны, в обеспечении снижения потерь данных при КА и АГК.

Для выделения однородных групп озер по содержанию ТМ в поверхностных отложениях применяли КА. CA был выполнен с использованием метода Уорда с квадратом евклидова расстояния в качестве измерения сходства. Разграничение групп и подгрупп проводилось путем принятия следующих пороговых значений: 66% и 33% соответственно для групп и подгрупп ⁴⁹ . Для сравнения значений концентрации ТМ в выделенных группах и подгруппах применяли критерий Краскела-Уоллиса и U-критерий Манна-Уитни. Кроме того, для выделенных групп ЦА и подгрупп озер сравнивались показатели, характеризующие их водосборы по землепользованию, развитию гидрографической сети, динамике водообмена и морфометрическим параметрам озер. Подробная методика расчета отдельных показателей и объем исходных материалов приведены в Прил. Таблица S1.

Для анализа автокорреляций между концентрациями ТМ в анализируемых озерах применялась статистика Global Moran’s I и Getis-Ord Gi*. Анализ пространственной автокорреляции в первую очередь направлен на определение того, имеют ли анализируемые концентрации ТМ случайное распределение (нулевая гипотеза) или имеют место либо кластеры, либо дисперсия. В случае возникновения кластерной структуры существуют доказательства наличия естественных или антропогенных пространственных процессов, определяющих концентрации ТМ в поверхностных отложениях озер. Для выделения кластеров озер с высокой (горячей) и низкой (холодной) концентрацией ТМ применяли статистику Getis-Ord GI*.

На заключительном этапе был проведен детальный анализ источников ТМ с использованием анализа главных компонентов (АГК). PCA был выполнен для всех ТМ на фоне переменных окружающей среды, характеризующих водосбор и морфометрию озера. Для водосбора озера выделена следующая группа экологических показателей: площадь (КВ), доля искусственных территорий (АА), доля сельскохозяйственных территорий (АгА), доля лесных и полуестественных территорий (ЛП), доля водно-болотных угодий. (WeA) и водоемов (WaA), плотности дренажа (DrD) и доли охраняемых территорий в водосборе (PrA). Для озер выделялись следующие параметры: долгота (Lon), широта (Lat), площадь озера (LA), объем (LV), средняя глубина (AvD), максимальная глубина (MaD), гидрологический тип (проточная (FT)). , экзорейные (Ex) и бессточные озера (En), индекс развития береговой линии (SDI) и коэффициент дренированности озер (LDR).Гидрологическим типам озер при проведении ППШ были присвоены следующие значения FT-3, En-2 и Ex- 1. АКП проводили в трех различных вариантах, из-за правостороннего распределения ТМ перед АКП их трансформировали по методу Бокса-Кокса.{\ lambda } — 1} {\ lambda},} \ hfill & {\ quad {\ text {if}} \ quad \ lambda \ ne 0} \ hfill \\ {{\ text {log}} \ left ( {c_{i} + \alpha} \right),} \hfill & {\quad {\text{if}}\quad \lambda = 0} \hfill \\ \end{array}} \right. $$

, где c _i означает исходную переменную, c _i ‘ представляет собой преобразованную переменную, λ 5 с -5 s в диапазоне значений параметра преобразования и , и α — параметр движущейся переменной. Наконец, преобразованные значения концентраций, полученные в результате преобразования Бокса-Кокса, подвергались масштабированию в диапазоне от 0 до 1. Процедура направлена ​​на то, чтобы избежать ситуации, когда элементы с наибольшими значениями оказывают наибольшее влияние на результат анализа.

По критерию Кайзера главные компоненты были значимы, когда собственные значения были выше 1. Более того, предполагалось, что когда факторные нагрузки между ТМ или параметрами окружающей среды и выбранными главными компонентами находятся в диапазоне 0,75–1,00, 0,50–0,75 и 0,30–0,50, они были сильно, умеренно и слабо коррелированы соответственно 9{2}$$

, где u _i,j — неопределенность. Количество значимых факторов определяли в соответствии с подходом, представленным Comero et al. ⁵⁴ . Оптимальные количества источников загрязнения (факторов) были найдены путем анализа Q значения ⁵⁵ .

Чтобы определить неопределенность u _i,j для отдельных ТМ, методы, описанные Polissar et al. ⁵⁶ , Пандольфи и др. ⁵⁷ и Luo et al. ⁵⁸ :

Для концентрации ТМ ниже предела обнаружения:

$${x}_{i,j}=\frac{{d}_{i,j}}{2}, {u }_{i,j}=\frac{{5d}_{i,j}}{6}$$

Для концентраций ТМ выше предела обнаружения:

$$x_{i,j} = c_{ i, j} , \ quad {\ text {if}} \ quad x_ {i, j} \ le 3d_ {i, j} , \, \, u_ {i, j} = \ frac {1} {3} d_{i,j} + 0,2 \cdot c_{i,j}$$

$$x_{i,j} = c_{i,j} \quad {\text{if}}\quad x_{i, j} > 3d_{i,j} ,\,\,\,u_{i,j} = \frac{1}{3}d_{i,j} + 0,1 \cdot c_{i,j}$$

, где x _{I, J} — концентрация, используемая в модели PMF, D _{I, J} — предел обнаружения каждого компонента U — это предел обнаружения каждого компонента U 40864 . – неопределенность x _i,j , c _i,j – измеренная концентрация ТМ.

Статистический анализ выполнен с использованием программ Statistica 13.1, Canoco 5.0 и R. Все статистические анализы выполнены при уровне значимости 0,05. Кроме того, использовалась модель PMF версии 5.0, разработанная Агентством по охране окружающей среды (EPA), США.0197 53 .

Результаты

Изменчивость концентраций ТМ в поверхностных отложениях озер

Значения описательной статистики концентраций ТМ в поверхностных отложениях 77 озер, расположенных в охраняемых районах N2, представлены в таблице 1. Анализ медианных и средних значений концентраций показал, что их можно расположить в порядке возрастания Cd < Ni < Cr < Cu < Pb < Zn. Концентрации отдельных ТМ достоверно различаются на уровне 0,05 с учетом результатов рангового теста Вилкоксона для пар.

Таблица 1 Значения описательной статистики концентраций ТМ (мг ^. кг ^-1 ) в поверхностных отложениях озер в районах N2.

Полноразмерная таблица

Также было замечено, что для всех ТМ средние значения выше, чем медианные значения, что свидетельствует о правостороннем распределении. Это также подтверждается статистикой асимметрии, которая показала значение выше 0 для всех ТМ (от 0,96 до 4,9). Значения статистики эксцесса находились на уровне от 0,19до 32,80. Это говорит о том, что распределение ТМ лептокуртическое – тонкое/заостренное. Наконец, результаты теста Шапиро-Уилка показали, что во всех ГМ распределения отличаются от нормального распределения на уровне значимости 0,05. Для представления изменчивости отдельных ТМ в поверхностных отложениях озера были разработаны комбинированные диаграммы «скрипка» и «блочная диаграмма» (рис. 2). Графическое представление результатов подтверждает большой разброс ТМ в озерных отложениях.

Рисунок 2

Изменчивость концентраций тяжелых металлов в поверхностных отложениях озер в районах N2: Cd и Ni ( a ), Cr и Cu ( b ), а также Pb и Zn ( c ).

Изображение полного размера

Анализ данных с использованием критерия Граббса-Бека показал, что концентрации Cr, Cu и Cd включают выбросы. В частности, наборы данных Cr, Cu и Cd включают 2, 4 и 1 выброс соответственно. Анализ показал, что выбросы Cr встречались в озерах Берзвник (5) и Пясечно Дузе (42), Cu в озерах Длугие Вигерские (12), Каменный Мост (24), Любош Вельки (33) и Вельке (70), Cd в Озеро Тшебун (65).

Загрязнение поверхностных отложений

Анализ загрязнения ТМ поверхностных отложений озер по данным I _гео показал, что наибольшее загрязнение приходится на Cu и Pb. В случае Cu и Pb значения I _geo выше 2 наблюдались в 14 и 22 озерах соответственно (рис. 3a), что свидетельствует о том, что отложения загрязнены выше среднего уровня. Более того, для Cu I _geo значение было выше 4, что свидетельствует о сильном загрязнении поверхностных отложений. Наименее загрязнены отложения Ni и Zn. Более чем в 50 % проб значения I _geo не превышали 0 (класс 0 и 1). Процентная доля озер отдельных классов загрязнения по индексу I _гео представлена ​​на рис. 3б. В случае 5 озер — Бялковских (4), Берзвника (5), Хлопово (11), Постне (46) и Пшитоня (49).)— I _гео значения индекса были выше 2 для двух элементов, а для озера Любош Вельки (32) для целых трех элементов. В каждом из обсуждаемых озер наблюдаемые значения индекса I _geo превышали 2 для Pb, дополнительно в четырех случаях для Cu, в двух случаях для Cr и в одном случае для Cd.

Рисунок 3

I _гео значения индекса выше 0 ( a ) с классификацией состояния загрязнения озерных отложений ( б ).

Увеличить

Несколько иные результаты были получены при анализе значений индекса EF и отнесении их к пороговым значениям, принятым для классов загрязнения донных отложений. В случае 29 озер загрязнение поверхностных отложений было на очень низком уровне. Для всех элементов значения КВ были ниже 3. Еще в 20 озерах значения КВ для всех элементов были ниже 5, что свидетельствует о незначительном обогащении. Еще 19 озер показали значения КВ для отдельных элементов в диапазоне от 5 до 10, что указывает на умеренно интенсивное загрязнение донных отложений. Применительно к 6 озерам значения КВ для отдельных элементов варьировались от 10 до 25 (рис. 4а). Для 3 озер значения КВ для отдельных элементов были выше 25. Для одиночных элементов значения КВ в большинстве случаев были ниже 3 (рис. 4б). Значения КВ выше 10 встречались в единичных случаях для Cr (2), Cu (4), Zn (1), Cd (3) и Pb (4). Поверхностные отложения в целом были более загрязнены Pb и Cu и в меньшей степени Ni и Zn.

Рисунок 4

Значение индекса КВ выше 1 ( a ) с классификацией состояния загрязнения поверхностных отложений ( b ).

Увеличить

С учетом значений PLI разрешена комплексная оценка загрязнения донных отложений. Значения PLI обычно находились в диапазоне от 0,40 до 6,60, в среднем 2,17. Отмечено, что для 19 озер значения PLI ниже 1, что свидетельствует об отсутствии загрязнения донных отложений ТМ. Местоположение этих озер показано зелеными кружками (рис. 5а).

Рисунок 5

Состояние загрязнения ТМ поверхностных отложений озера по данным PLI ( a ) и MPI ( b ) (рисунок создан в ArcMap 10.7, https://desktop.arcgis.com/en/ карта дуги/).

Полноразмерное изображение

Самые высокие значения PLI, превышающие 4, отмечены в озерах Берзвник (5), Биновске (6), Боруя Дужа (7), Каленское (22), Любош Вельки (33), Пясечно (41), Плавно (44), Пшиточно (48), Пшитонь (49) и Велтиньске (69). Аналогичная картина загрязнения озер была получена по значениям ИМБ (рис. 5б). Значения ИМБ для анализируемых озер находились в диапазоне от 2,28 до 37,9.5, в среднем 12,48. Самые высокие значения MPI отмечены в озерах Берзвник (5), Каленские (22), Любош Вельки (33) и Пшитонь (49), а самые низкие значения MPI, ниже 3, для озер Будзиславские (8), Добжик (17), Недзенгель (37), Плочично (45), Скулска-Весь (59) и Вежбичански (72).

Экотоксичность ТМ

Анализ потенциального токсического действия конкретных ТМ на основе Руководства по качеству отложений показал, что концентрации превышают значения РЕС только в трех случаях. В единичных пробах концентрации Cu, Cd и Pb, превышающие значения PEC, были зарегистрированы в озерах Вельке (70), Тшебунь (65) и Каленских (22) соответственно. Значения концентрации в диапазоне от средней концентрации эффекта (MEC) до концентрации вероятного эффекта (PEC) встречались один раз для Cr, Cu и Cd. В случае Pb значения в диапазоне от 83 до 130 (уровень 3) встречались 9раз. Полученные результаты свидетельствуют о том, что потенциальный экотоксический эффект обычно проявляется для отдельных элементов и касается небольшого числа озер. С учетом суммарного экотоксического действия всех ТМ, накопленных в поверхностных отложениях, по данным TRI угроза не зафиксирована в 64 случаях. В 13 случаях значения TRI варьируют от 5 до 10, что указывает на незначительные токсические эффекты (рис. 6).

Рисунок 6

Потенциальное экотоксическое действие ТМ, накопленных в поверхностных отложениях озер (рисунок создан в ArcMap 10.7, https://desktop.arcgis.com/en/arcmap/).

Увеличенное изображение

Пространственная изменчивость концентраций ТМ

СА разрешило разделить озера на две группы. В каждой из групп были выделены две подгруппы по наличию ТМ в их отложениях (рис. 7а). В группу I вошли 42 озера, а в подгруппы 1–1 и 1–2 вошли 16 и 26 озер соответственно. Группа 2 несколько меньше и включает 35 озер: 8 озер в подгруппе 2–1 и 27 озер в подгруппе 2–2.

Рисунок 7

Результаты КА: разделение озер на группы по сходству концентраций ТМ ( a ) и графическое представление ( b ) [( b ) создано в ArcMap 10.7, https://desktop.arcgis .com/en/arcmap/].

Увеличить

Полученные группы характеризуются изменчивостью содержания отдельных ТМ, что подтверждается результатами теста Крускала–Уоллиса. Для всех ТМ значимые различия имели место по отношению к медианным значениям. Парные сравнения с помощью U-критерия Манна–Уитни для всех анализируемых ТМ позволяют расположить их концентрации в отдельных подгруппах следующим образом: Cr (2–1 < 1–1 < 2–2 < 1–2), Ni (2–1 < 2–2 = 1–1 < 1–2), Cu (2–1 = 2–2 < 1–1 = 1–2), Zn (2–1 < 2–2 < 1–1 < 1–2), Cd (2–2 = 2–1 < 1–1 = 1–2) и Pb (2–1 < 2–2 = 1–1 < 1–2). Полученные результаты показывают, что из всех проанализированных ТМ наименее загрязнены донные отложения озер, отнесенных к подгруппе 2–1. Наиболее высокий уровень загрязнения зафиксирован для донных отложений озер, входящих в подгруппу 1–2. Результаты КА, хотя и полезны для более широкого анализа состояния загрязнения озер, не дают информации о пространственных отношениях между анализируемыми озерами для выявления локальных факторов, влияющих на концентрации ТМ в донных отложениях. Благодаря этому полученное разделение на группы и подгруппы представлено графически (рис. 7б). Карта показывает случайный характер загрязнения озер ТМ. Для подтверждения результатов был проведен анализ с использованием статистики Global Moran’s I и статистики Getis-Ord Gi* в среде программного обеспечения ArcMap, отдельно для каждого элемента. Для глобальной статистики Морана I нулевая гипотеза утверждает, что элементы распределены случайным образом. Когда p-значение меньше 0,05, нулевую гипотезу можно отвергнуть. Результаты анализа с использованием статистики Морана I представлены в таблице 2.

Таблица 2. Результаты автокорреляционного анализа с использованием глобальной статистики Морана I.

Полноразмерная таблица

Значения p были ниже 0,05, а положительные значения z-показателя были получены для Pb, Ni и Zn. Это означает, что пространственное распределение высоких и/или низких концентраций в наборе данных является более пространственно сгруппированным, чем можно было бы ожидать, если бы лежащие в основе пространственные процессы были случайными. В случае Cr также были получены значения p ниже 0,05 и отрицательные значения z-показателя, что позволяет предположить, что пространственное распределение высоких и низких концентраций более пространственно рассеяно, чем можно было бы ожидать, если бы лежащие в основе пространственные процессы были случайными. Для Cd и Cu значения p превышали 0,05. Это показывает, что концентрации этих элементов в осадках носят случайный характер.

Анализ с использованием статистики Getis-Ord Gi* выявил как холодные, так и горячие точки (рис. 8). Для Cr зафиксировано наличие скопления озер с высокими концентрациями элемента в донных отложениях. Это касается озер Реско (50), Пшитонь (49), Каменный Мост (24), Тшебунь (65), Рудно (51) и Дубе Полудневе (16). Пространственный анализ с использованием статистики Getis-Ord Gi* позволил выделить группу из 13 озер с содержанием хрома выше среднего. Эта группа расположена в северо-западной части Польши и включает следующие озера: Каменный Мост (24), Вельке Домбе (71), Сераково (55), Тшебунь (65), Криве Дембско (30), Рудно (51). ), Шероке (61), Нова Корытница (38), Дубе Полудневе (16), Тучно (66), Ситно (56), Липтовске (32) и Марта (34). Группа озер с повышенным содержанием Cu в донных отложениях расположена в центрально-западной части Польши и включает 5 озер: Вельке (70), Сремских (62), Тучно (67), Бялковских (4) и Любош Вельки (33). ). Для Ni выделены две группы озер: с низкими и высокими концентрациями. В первую группу входят озера Вежбичанские, Скульска Весь, Вильчинские, Будзиславские и Недзегель. В группу озер с показателями Ni выше среднего входят 10 озер на западе и северо-западе Польши (Каменный Мост (24), Биновске (6), Глинна (18), Сераково (55), Велтыньске (69).), Бендгощ (2), Длужец (13), Пясечно (41), Можицко (36) и Постне (46)). Что касается озер с низкими значениями концентрации свинца, то в их отложениях их расположение перекрывается с расположением, отведенным для никеля (5 озер: Вежбичанские (72), Скульска Весь (59), Вильчинские (73), Будзиславские (8) и Недзегель ( 37)). Кроме того, были отмечены две небольшие группы озер с высокими значениями Pb в отложениях, а именно озера Каменный Мост (24) и Сераково (55), а также Сремские (62) и Тучно (67). В случае Zn, как и для Ni и Pb, наблюдалось появление групп как с высокими, так и с низкими значениями. Выше средних значений Zn и Cr и частично Cd обычно встречались в перекрывающихся группах озер. Низкие концентрации Ni, Pb и Zn также наблюдались в той же группе озер в центральной части Польши. 9Рис. 8

Увеличить

Выявление источников загрязнения и факторов, способствующих накоплению ТМ в поверхностных отложениях озера, выполнено методом АКП. При анализе учитывались дополнительные переменные, характеризующие водосбор озера, и переменные, характеризующие озеро с точки зрения его расположения, морфометрических параметров и гидрологических типов. Результаты позволили выделить два фактора в обоих случаях. В первом случае анализ проводился по переменным, описывающим водосборные бассейны, где учитывались все озера. Результаты показывают, что факторы PC1 и PC2 объясняют 63,25% и 17,00% внутренней структуры данных соответственно. Все ТМ сильно отрицательно коррелировали с ПК 1, в то время как Cu и Cd положительно коррелировали с ПК 2, а Cr отрицательно коррелировали с ПК 2 на умеренном уровне. Среди переменных, описывающих водосборный бассейн озера, плотность стока (DrD) и площадь водно-болотных угодий (WeA) слабо положительно коррелировали с PC 1. Результаты показывают, что концентрации Cr, Ni, Pb и Cd ниже в отложениях водосборов озер с более высокими плотность дренажа (DrD). С другой стороны, более низкие концентрации Cr, Ni, Zn и Pb наблюдаются в поверхностных отложениях озерных водосборов с большей площадью заболоченных земель (WeA), тогда как более высокие концентрации Cd и Zn обнаруживаются в донных отложениях озер с увеличением площади поверхностной воды. в водосборе (ВаА). При этом было установлено, что более высокая доля национальных парков (НП) и заповедников (ПЗ) в водосборе соответствует более низким концентрациям Zn и Pb, а также Cu, Zn и Cd в озерах соответственно (рис. 9).а). Отмечено, что более высокие концентрации Zn, Cd и Pb наблюдаются в поверхностных отложениях озер с увеличением площади водосбора в пределах N2b. При этом доля природных парков (НП) и площадей N2h не связана с концентрациями ТМ в озерных отложениях. В районах LP и N2h поверхностные воды не являются объектом охраны. Аналогичные ординации ТМ были получены путем выполнения PCA по отношению к переменным, описывающим свойства озера (рис.  9b). Различия связаны с тем, что при анализе были исключены 4 озера, для которых отсутствовали морфометрические данные. Результаты показывают, что в целом озера в западной Польше имели более высокие концентрации ТМ в поверхностных отложениях. Это подтверждается отрицательной корреляцией концентраций ТМ с долготой (Lon). Кроме того, поверхностные отложения более крупных озер, как правило, менее загрязнены ТМ. Это связано с ограниченным переносом наносов внутри озера. Кроме того, в проточных (FT) озерах и озерах с большим коэффициентом дренажа (LDR) наблюдались более низкие концентрации Cr и Ni. Это свидетельствует о доставке этих элементов непосредственно из водосбора.

Рисунок 9

Результаты PCA в сравнении с параметрами, описывающими водосбор озера ( a ), и параметрами, описывающими озеро ( b ).

Изображение полного размера

Для качественного описания источников загрязнения, способствующих поступлению ТМ в поверхностные отложения озера, был проведен анализ ВМП (подробности см. на рис. 10). В ходе анализа было выделено четыре фактора, которые вносят вклад в поступление ТМ в озера соответственно на 24,9%, 17,4%, 22,2% и 35,6%. Фактор 1 связан с поступлением Pb (71,2%) и Zn (48,1%) и около 15% Cr и Ni. Фактор 2 в основном связан с поставкой Cu (82,3%). С другой стороны, фактор 3 в основном связан с Cd (90,7%), и в меньшей степени Cu (17,7%), а также Zn (12,1%) и Pb (11,6%). С другой стороны, фактор 4 в основном связан с Cr (78,8%) и Ni (75,5%), а также Zn (32,5%) и Pb (17,3%). Учитывая, что концентрации ТМ от 49 % (для Cd) до 86 % (для Pb) превышали геохимические фоновые значения в поверхностных отложениях анализируемых озер, это свидетельствует о поступлении этих элементов из антропогенных источников ^{59 ,60,61} . Отнесение выделенных факторов к конкретному источнику загрязнения затруднительно, так как влияние многих точечных и неточечных источников накладывается друг на друга. Принимая во внимание вклад в поставку отдельных ТМ по фактору 1 и фактору 2, эти факторы следует связать с промышленной поставкой, тогда как фактор 3, учитывая вклад отдельных ТМ, следует связать с урбанизированными территориями. С учетом площади и вклада отдельных загрязнителей, Фактор 4 должен быть связан с поверхностным воздействием сельскохозяйственных источников (основной источник связан с потреблением удобрений и управлением сточными водами) ^62,63 . С другой стороны, профили экспонированных загрязняющих веществ, описанные в анализе ВМП, не могут быть отнесены к естественному происхождению с характером доставки, близким к геохимическому фону.

Рисунок 10

Идентификация источников поступления ТМ методом ИМП.

Изображение полного размера

Обсуждение

Загрязнение воды, отложений и растений тяжелыми металлами является постоянной проблемой во всем мире как в развивающихся, так и в развитых странах. ТМ представляют собой стойкие и неразлагаемые элементы, попадающие в поверхностные воды из природных и антропогенных источников ^64,65 . Несмотря на то, что анализируемые озера расположены на особо охраняемых природных территориях, особо охраняемых от воздействия антропогенных источников на окружающую среду, донные отложения загрязнены ТМ. Концентрации отдельных ТМ превышали значения геохимического фона от 49% (для Cd) до 86% (для Pb). Аналогичные результаты были получены Bella et al. ⁶⁶ для озер мыса Пелоро, расположенных на охраняемой территории Сицилии, или Slukovskiy et al. ⁶⁷ для озера Уконлампи в Республике Карелия. Результаты показали, что уровни Cd и Pb, превышающие максимальные уровни остатков, были обнаружены в одном образце. Эль-Амьер и др. ⁶⁸ сообщил, что в озере Буруллус загрязнение донных отложений классифицируется в порядке Cd < Co < Pb < Cu < Cr < Zn, а тяжелые металлы в озере Чаоху ранжируются следующим образом: Cd < Cu < Pb < Ni < Zn ⁶⁹ . Результаты, полученные в этом исследовании, подтверждают предыдущие исследования, а медианные значения концентраций ТМ показали, что их можно расположить в порядке возрастания: Cd < Ni < Cr < Cu < Pb < Zn. В свою очередь, Ли и соавт. ⁶⁹ отмечено, что Cd и Hg были основными загрязнителями, тогда как токсичность Pb была самой высокой.

Следует отметить, что районы N2 были установлены в Польше в 2004 году. Таким образом, ограниченное антропогенное воздействие на территориях, охваченных этой формой защиты, эффективно менее 20 лет, а в контексте характеристик тяжелых металлов ( стойкость, небиоразлагаемость), химический состав отложений может отражать состояние до введения правовой охраны этих территорий.

Оценка загрязнения ТМ поверхностных отложений озер по данным I _гео показала, что наибольшее загрязнение приходится на Cu и Pb. В случае Cu и Pb значения выше 2 отмечены в 14 и 22 озерах соответственно. Комбинированная оценка загрязнения поверхностных отложений по PLI свидетельствует о том, что только в 25 % озер отложения ТМ не были загрязнены. Гузель и др. ⁷⁰ установлено, что легкие и умеренные концентрации тяжелых металлов, таких как Pb и Zn, присутствовали в большинстве точек отбора проб согласно значениям PLI и I _geo . Соответственно, для признания количества антропогенного поступления был рассчитан коэффициент обогащения (EF) для исследуемых тяжелых металлов. В этом исследовании EF указывает, что наибольшее загрязнение озерных отложений связано с Pb и Cu. В свою очередь El-Amier ⁶⁸ заметил, что по величине КВ загрязнение донных отложений располагалось в следующем порядке: Cd > Pb > Zn > Co > Cu > Cr. Это указывает на то, что Cd является наиболее обогащенным и распространенным элементом в результате антропогенной деятельности, включая химические удобрения и неочищенные сточные воды из промышленных и сельскохозяйственных стоков ⁶⁸ .

ТМ, накопившиеся в донных отложениях, могут оказывать токсическое воздействие на водную биоту только в отдельных озерах. Токсический эффект в этом исследовании в основном связан с концентрациями Cu, Cd и Pb, превышающими значения PEC. Ю и др. ⁷¹ сообщил, что отложения из озера Эрхай имеют умеренный экологический риск, связанный с Cu и Pb, и высокий экологический риск, связанный с Cr (73% > PEL), Ni (100% > PEL) и As (93% > PEL) . В свою очередь, Güzel et al. ⁷⁰ заметил, что концентрации Cr, Cu и особенно Ni и Zn представляют значительный токсический риск для водных организмов в озерных отложениях Стамбула в Турции.

Выявленные в данном исследовании горячие точки для всех ТМ указывают на преобладающее влияние точечных источников (локальных) загрязнения. Анализ показал иной характер распределения концентраций Cr (рассеянное), Cd и Cu (случайное) и Ni, Cd и Pb (гнездовое) в озерных отложениях. Ли и др. ²⁶ проанализировали загрязнение тяжелыми металлами (Cu, Pb, Zn, Ni, Cr, As, Hg и Cd) в 190 озерах, расположенных в пяти географических зонах Китая, и обнаружили, что промышленные источники являются доминирующим источником тяжелых металлов в озерных отложениях. . В свою очередь, Ю и соавт. ⁷¹ предположил, что узкие пространственные вариации антропогенного загрязнения Cd, Pb и Zn показывают, что на отложения повлияли неточечные источники. Высокие концентрации Cd, Pb и Zn были в основном распространены в южной части озера Эрхай, что может быть связано с попаданием бытовых сточных вод и промышленных сточных вод из городов Дали и Сягуань. Ли и др. ²⁶ предположил, что пространственная дисперсия ТМ может помочь в выявлении источников загрязнения: Cu и Zn в основном поступают из транспортных средств, Cd — из сельскохозяйственной деятельности, Pb — из промышленной деятельности, а Ni и Cr — из смешанных источников.

На основе метода PMF было замечено, что на вклад в доставку отдельных ТМ влияют четыре фактора. Факторы 1 и 2 должны быть связаны с промышленной доставкой, Фактор 3 должен быть связан с урбанизированными территориями, а Фактор 4 связан с поверхностным воздействием сельскохозяйственных источников (основное снабжение, связанное с потреблением удобрений и управлением сточными водами). В ходе анализа было выделено четыре фактора, которые вносят вклад в поступление ТМ в озера соответственно на 24,9%, 17,4%, 22,2% и 35,6%. Согласно Guo et al. (2021), основное загрязнение Pb и Zn происходит от промышленных источников выбросов. Это подтверждает результаты, полученные в этом исследовании, где источники загрязнения Pb и Zn были связаны с промышленными поставками (факторы 1 и 2) ⁷² . Фактор 4 как основной источник загрязнения связан с Cr (78,8 %) и Ni (75,5 %), а также Zn (32,5 %) и Pb (17,3 %). Аналогичные наблюдения были получены Guo et al. ⁷² , где методом PMF показано, что основным источником загрязнения Cd, Zn, Pb и Cr является сельское хозяйство. Навозная жижа крупного рогатого скота, которая содержит значительное количество Cd и Zn, часто используется в качестве сельскохозяйственного удобрения, а Zn скармливают крупному рогатому скоту в качестве добавки микроэлементов для стимуляции роста. Кроме того, длительное использование фосфорных удобрений приведет к накоплению Cd, а также Pb и Cr, которые также присутствуют в больших количествах в удобрениях ⁷² .

Настоящие результаты не показывают четкой связи между концентрациями ТМ в озерных отложениях и основными классами землепользования. Озера чаще всего питаются реками, протекающими по территориям со смешанным растительным покровом. Поэтому прямую зависимость между отдельными формами землепользования/свойствами покрова и содержанием ТМ установить невозможно ⁷ . Дальнейшие исследования, связанные с оценкой влияния использования водосборных земель и использования земель, непосредственно прилегающих к озерам, должны включать анализ большего числа классов землепользования и конфигурации землепользования. Первые такие анализы уже были выполнены Mohammadi et al. ⁷³ и Miranda et al. ⁷⁴ , которые, помимо определения самих классов землепользования, также определили конфигурацию землепользования. Эти результаты, полученные для отдельных водосборов, могут стать отправной точкой для более широкого анализа. Кроме того, представляется крайне важным включить дополнительную информацию о рельефе земли и ее конфигурации в последующие анализы растительного покрова и его конфигурации. При этом следует отметить, что исследуемые участки расположены в наиболее глубоких точках озер. Такое расположение мест отбора проб было призвано снизить влияние точечных источников загрязнения с прилегающих территорий. Кроме того, озера расположены в пределах охраняемых территорий, поэтому результаты, представленные в данной статье, в большей степени показывают влияние процессов, происходящих на всем водосборе.

Выводы

Результаты многокритериального и многофакторного анализа, представленные в данной статье, показали, что поверхностные отложения исследованных озер загрязнены ТМ. Концентрации отдельных ТМ превышали значения геохимического фона от 49% (для Cd) до 86% (для Pb). Кроме того, значения I _geo и EF указывают на то, что наибольшее загрязнение поверхностных отложений озер происходит за счет Pb и Cu, PLI указывает на то, что только в 25% озер донные отложения не были загрязнены. Анализ показал, что ТМ могут оказывать токсическое воздействие на водную биоту только в одиночных озерах. Токсическое действие в основном обусловлено концентрациями Cu, Cd и Pb, превышающими значения РЕС.

Кластерный анализ позволил разделить озера на четыре группы. Группа озер с самым высоким уровнем загрязнения всеми тяжелыми металлами обычно находится в центрально-западной части Польши. Анализ показал иной характер распределения концентраций Cr (рассеянный), Cd и Cu (случайный) и Ni, Cd и Pb (кластерный) в поверхностных отложениях озера, что указывает на другой доминирующий источник загрязнения. Выявленные горячие точки по всем ТМ свидетельствуют о преобладающем влиянии точечных источников (локальных) загрязнения. Лимитирующими факторами загрязнения поверхностных отложений ТМ являются наличие водно-болотных угодий и охраняемых территорий, т.е. национальных парков и заповедников на водосборе. Анализ ВМП выявил наличие разнообразных и перекрывающихся источников загрязнения промышленного, урбанизированного и сельскохозяйственного характера.

Анализ параметров озер и водосборов показал, что озера с большей площадью поверхности менее загрязнены ТМ. Кроме того, наблюдался уменьшающийся градиент загрязнения поверхностных отложений с запада на восток Польши. Исследование показывает, что проточные озера с высокими значениями коэффициента дренированности имеют более низкие концентрации Ni и Cr.

Ссылки

1. Хагназар Х. и др. Геохимия, качество и загрязнение подземных вод крупнейшего озерного бассейна на Ближнем Востоке: сравнение моделей рецепторов PMF и PCA-MLR и применение подхода HHRA, ориентированного на источник. Chemosphere 288 , 132489. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.132489 (2021).

   ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья пабмед Google ученый

2. Устаоглу Ф. и Ислам М. С. Потенциальные токсичные элементы в отложениях некоторых рек в Гиресуне, северо-восточная Турция: предварительная оценка экотоксикологического статуса и риска для здоровья. Экол. Инд. 113 , 106237. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2020.106237 (2020).

   КАС Статья Google ученый

3. Li, S., Hu, X., Tang, Y., Huang, C. & Xiao, W. Изменения в озерной среде в результате антропогенной деятельности за 240 лет в Национальном природном заповеднике Цзючжайгоу, юго-запад Китая. Кватерн. Междунар. 349 , 367–375. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2014.07.069 (2014 г.).

   Артикул Google ученый

4. «>

   Ху, Дж., Чжоу, С., Ву, П. и Цюй, К. Оценка распределения, биодоступности и экологических рисков тяжелых металлов в озерной воде и поверхностных отложениях водно-болотных угодий плато Цаохай, Китай. PLoS One 12 (12), e0189295. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0189295 (2017 г.).

   КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google ученый

5. Йонг, Дж. и др. Анализ тяжелых металлов в поверхностных отложениях мелководных озер природного водно-болотного угодья Наньцзишань (озеро Поянху) в Китае. Дж. Окружающая среда. биол. 38 (4), 561–570 (2017).

   Артикул Google ученый

6. Шилешчандран, М. Н., Мохан, М. и Рамасами, Е. В. Оценка риска тяжелых металлов в отложениях озера Вембанад (юго-западное побережье Индии), на основе кислотно-летучих сульфидов (АВС) и одновременно извлеченного металла (СЭМ) подход. Окружающая среда. науч. Загрязн. Рез. 25 (8), 7333–7345. https://doi.org/10.1007/s11356-017-0997-8 (2018).

   КАС Статья Google ученый

7. Эль-Альфи, М. А., Эль-Амьер, Ю. А. и Эль-Эраки, Т. Е. Индексы землепользования/покрова и экотоксичности для определения загрязнения металлами отложений стоков, озеро Манзала, Египет. Heliyon 6 (1), e03177. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2020.e03177 (2020 г.).

   Артикул пабмед ПабМед Центральный Google ученый

8. Кесер Г., Топак Ю. и Севгилер Ю. Концентрации некоторых тяжелых металлов и макроэлементов в донных отложениях, воде, видах макрофитов и пиявках (Hirudo sulukii n. sp.) из озера Кары, Адыяман, Турция. Окружающая среда. Монит. Оценивать. 192 (2), 75. https://doi.org/10.1007/s10661-019-8035-6 (2020).

   КАС Статья пабмед Google ученый

9. «>

   Редван, М. и Эльхаддад, Э. Оценка сезонной изменчивости и обогащения загрязнения токсичными микроэлементами в отложениях рукава Дамиетта, река Нил, Египет. Вода 12 (12), 3359. https://doi.org/10.3390/w12123359 (2020).

   КАС Статья Google ученый

10. Хагназар Х. и др. Загрязнение потенциально токсичными элементами поверхностных отложений и местных водных макрофитов реки Бахманшир, Иран: оценка возможностей фиторемедиации. Chemosphere 285 , 131446. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.131446 (2021).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья пабмед Google ученый

11. Niu, Y., Chen, F., Li, Y. & Ren, B. Тенденции и источники загрязнения тяжелыми металлами мировых речных и озерных отложений с 1970 по 2018 год. Rev. Environ. Контам. Токсикол. https://doi.org/10.1007/398_2020_59 (2020).

    Артикул Google ученый

12. Оландо, Г., Олака, Л. А., Окинда, П. О. и Абуом, П. Тяжелые металлы в поверхностных отложениях озера Найваша, Кения: Пространственное распределение, идентификация источника и оценка экологического риска. СН Заявл. науч. 2 (2), 1–14. https://doi.org/10.1007/s42452-020-2022-y (2020 г.).

    КАС Статья Google ученый

13. Сивалингам, П., Аль Салах, Д. М. и Поте, Дж. Содержание тяжелых металлов в отложениях, токсичность остракод и оценка риска в тропических пресноводных озерах, Тамил Наду, Индия. Почвенный осадок. Загрязн. 30 (2), 231–252. https://doi.org/10.1080/15320383.2020.1835822 (2021 г.).

    КАС Статья Google ученый

14. Шах, Р. А. и др. Концентрация тяжелых металлов и оценка экологического риска в поверхностных отложениях озера Дал, Кашмирская долина, Западные Гималаи. араб. Дж. Геоски. 14 (3), 1–13. https://doi.org/10.1007/s12517-021-06504-w (2021 г.).

    КАС Статья Google ученый

15. Qian, B., Tang, C., Yang, Y. & Xiao, X. Характеристики загрязнения и оценка риска тяжелых металлов в поверхностных отложениях водной системы озера Дунтин в нормальный период воды. Евро. J. Дистанционный датчик 54 , 211–221. https://doi.org/10.1080/22797254.2020.1763207 (2021 г.).

    Артикул Google ученый

16. Гевара С. Р., Массаферро Дж., Виллароса Г., Аррибере М. и Риццо А. Загрязнение тяжелыми металлами отложений озера Науэль-Уапи, национальный парк Науэль-Уапи, Северная Патагония, Аргентина. Вода Воздух Загрязнение почвы. 137 (1), 21–44. https://doi.org/10.1023/A:1015557130580 (2002 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

17. «>

    Ихтиманская М. К., Илькова Я. С., Михайлова П. В. Биоразнообразие семейства Chironomidae (Diptera) в озере Сребырна (Северо-Восточная Болгария) и нестабильность генома некоторых видов рода Chironomus Meigen, 1803. Ecologia Balkanica 4 100864 1 (2), стр. 41 (2018).

    Google ученый

18. Устаоглу, Ф., Ислам, М.С. и Токатли, К. Экологическая и вероятностная оценка опасности для здоровья человека тяжелых металлов в отложениях природного парка озера Сера (Трабзон, Турция). араб. Дж. Геоски. 15 (7), 1–15. https://doi.org/10.1007/s12517-022-09838-1 (2022).

    Артикул Google ученый

19. Кукулич В., Цукров Н., Квокал Ж. и Млакар М. Природные и антропогенные источники Hg, Cd, Pb, Cu и Zn в морской воде и донных отложениях национального парка Млет, Хорватия. Эстуар. Побережье. Шельф науч. 81 (3), 311–320. https://doi.org/10.1016/j.ecss.2008.11.006 (2009 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

20. Вукосав, П. и др. Содержание тяжелых металлов в воде, донных отложениях и рыбе карстовой водной экосистемы Национального парка Плитвицкие озера (Хорватия). Окружающая среда. науч. Загрязн. Рез. 21 (5), 3826–3839. https://doi.org/10.1007/s11356-013-2377-3 (2014 г.).

    КАС Статья Google ученый

21. Зеленковский П.С. и др. Ртуть и другие тяжелые металлы в донных отложениях озера Лошамье (национальный парк «Смоленское поозерье»). Конф. IOP. сер. Земная среда. науч. 579 (1), 012044. https://doi.org/10.1088/1755-1315/579/1/012044 (2020).

    Артикул Google ученый

22. Сойка, М., Чойньски, А. , Птак, М. и Сепак, М. Причины изменения концентрации микроэлементов и редкоземельных элементов в донных отложениях озер в национальном парке Боры-Тухольские, Польша. Науч. Респ. 11 (1), 244. https://doi.org/10.1038/s41598-020-80137-z (2021).

    КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google ученый

23. Экенгеле Л. Н., Блейз А. и Юнг М. К. Накопление тяжелых металлов в поверхностных отложениях озера Лере. Чад. Geosci. J. 21 (2), 305–315. https://doi.org/10.1007/s12303-016-0047-4 (2017 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

24. Каримян Торгабех, А., Пиментел, Н., Джахандари, А. и Ван, Г. Минералогия, состав и концентрация тяжелых металлов, распределение и идентификация источника поверхностных отложений соленого озера Махарлу (провинция Фарс, Иран) ). Окружающая среда. наук о Земле. 77 (19), 700. https://doi.org/10.1007/s12665-018-7877-5 (2018).

    КАС Статья Google ученый

25. Дюкс, А.Д., Эклунд, Р.Т., Морган, З.Д. и Лейланд, Р.К. Концентрация тяжелых металлов в воде и отложениях водораздела озера Гринвуд. Вода Воздух Загрязнение почвы. 231 , 11. https://doi.org/10.1007/s11270-019-4364-x (2020).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

26. Ли, Д. и др. Экологический риск тяжелых металлов в озерных отложениях Китая: комплексный анализ в национальном масштабе. Дж. Чистый. Произв. 334 , 130206. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.130206 (2022).

    КАС Статья Google ученый

27. Икбал, Дж. и Шах, М. Х. Наличие, оценка рисков и распределение тяжелых металлов в поверхностных отложениях озера Ханпур, Пакистан. Дж. Анал. науч. Технол. 5 (11), 28. https://doi.org/10.1186/s40543-014-0028-z (2014).

    КАС Статья Google ученый

28. Сварналата, К., Лета, Дж. и Айюб, С. Влияние сезонных колебаний на обогащение тяжелыми металлами поверхностных отложений озера в Южной Индии. Окружающая среда. Монит. Оценивать. 186 (7), 4153–4168. https://doi.org/10.1007/s10661-014-3687-8 (2014 г.).

    КАС Статья пабмед Google ученый

29. Сюй М., Ван Р., Ян С. и Ян Х. Пространственное распределение и оценка экологического риска загрязнения тяжелыми металлами поверхностных отложений мелководных озер в Восточном Китае. Дж. Геохим. Исследуйте. 213 , 106490. https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2020.106490 (2020).

    КАС Статья Google ученый

30. «>

    Костка А., Лесняк А. Пространственные и геохимические аспекты распределения тяжелых металлов в озерных отложениях на примере озера Вигры (Польша). Chemosphere 240 , 124879. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.124879 (2020).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья пабмед Google ученый

31. Эль-Магд, С.А. и др. Оценка опасности загрязнения тяжелыми металлами отложений озера Мариут, Египет. Дж. Афр. наук о Земле. 176 , 104116. https://doi.org/10.1016/j.jafrearsci.2021.104116 (2021).

    КАС Статья Google ученый

32. Кристофоридис, К., Евгенакис, Э., Бурлива, А., Пападопулу, Л. и Фитианос, К. Концентрация, фракционирование и оценка экологического риска тяжелых металлов и фосфора в поверхностных отложениях из озер в Северной Греции. Окружающая среда. Геохим. Здоровье 42 (9), 2747–2469. https://doi.org/10.1007/s10653-019-00509-x (2020 г.).

    КАС Статья пабмед Google ученый

33. Сойка, М., Сепак, М. и Гнойска, Э. Оценка концентрации тяжелых металлов в донных отложениях Старого Място Предплотинного водохранилища на реке Пова [на польском языке]. Rocz Ochr Sr. 15 (1), 1916–1928 (2013).

    Google ученый

34. Сойка, М., Сепак, М., Яскула, Й. и Вихер-Дисарз, Й. Перенос тяжелых металлов в системе река-водохранилище: пример из Центральной Польши. поль. Дж. Окружающая среда. Исследования 27 (4), 1725–1734 (2018).

    КАС Статья Google ученый

35. Франковски М., Сойка М., Зиола-Франковска А., Сепак М. и Мурат-Блажеевска С. Распределение тяжелых металлов в системе реки Мала Велна (западная Польша). Океанол. гидробиол. Стад. 38 (2), 51–61. https://doi.org/10.2478/v10009-009-0021-9 (2009 г.).

    КАС Статья Google ученый

36. Цеслевич, Й., Кобирский, М. и Цихош, М. Геохимическая оценка озерных отложений на охраняемых территориях в Польше — поиск контрольных условий. Дж. Лимнол. 77 (1), 35–45. https://doi.org/10.4081/jlimnol.2017.1582 (2018 г.).

    Артикул Google ученый

37. Choiński, A. & Ptak, M. Jeziorność polskich parków narodowych. Parki Nar Rezerw Przyr. 32 (3), 59–67 (2013).

    Google ученый

38. Choiński, A. Limnologia fizyczna polski, Wyd. Познань: УАМ (2007).

39. Харрисон, Дж. А. и др. Региональное и глобальное значение удаления азота из озер и водохранилищ. Биогеохимия 93 (1–2), 143–157. https://doi.org/10.1007/s10533-008-9272-x (2009 г.).

    КАС Статья Google ученый

40. Мюллер Г. Индекс геоаккумуляции в отложениях реки Рейн. GeoJournal 2 , 108–118 (1969).

    Google ученый

41. Мартин, Дж. М. и Мейбек, М. Массовый баланс элементов материала, переносимого крупными реками мира. Март. Хим. 7 (3), 173–206. https://doi.org/10.1016/0304-4203(79)

    -2 (1979).

    КАС Статья Google ученый

42. Эргин, М., Сайдам, К., Баштюрк, О., Эрдем, Э. и Йорук, Р. Концентрации тяжелых металлов в поверхностных отложениях двух прибрежных бухт (устье Золотой Рог и залив Измит) на северо-востоке Мраморное море. Хим. геол. 91 (3), 269–285. https://doi. org/10.1016/0009-2541(91)

    -Б (1991).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

43. Томлинсон Д. Л., Уилсон Дж. Г., Харрис С. Р. и Джеффри Д. В. Проблемы оценки уровней тяжелых металлов в эстуариях и формирования индекса загрязнения. Хельгол Висс Миресантерс. 33 (1–4), 566–575. https://doi.org/10.1007/BF02414780 (1980).

    Артикул Google ученый

44. Усеро, Дж., Гонсалес-Регаладо, Э. и Грасиа, И. Следы металлов в двустворчатых моллюсках Ruditapes decussatus и Ruditapes philippinarum с атлантического побережья Южной Испании. Окружающая среда. Междунар. 23 (3), 291–298. https://doi.org/10.1016/S0160-4120(97)00030-5 (1997).

    КАС Статья Google ученый

45. Tylmann, W. et al. Региональная структура содержания тяжелых металлов в озерных отложениях на северо-востоке Польши. Вода Воздух Загрязнение почвы. 216 , 217–228. https://doi.org/10.1007/s11270-010-0529-3 (2011 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья пабмед Google ученый

46. Дили, Дж. М. и Фергюссон, Дж. Э. Концентрации и распределение тяжелых металлов и органических веществ в датированных отложениях небольшого эстуария, примыкающего к небольшой городской территории. Науч. Общая окружающая среда. 153 , 97–111. https://doi.org/10.1016/0048-9697(94)

    -6 (1994).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

47. Чжан Г. и др. Тяжелые металлы в почвах водно-болотных угодий вдоль хронологической последовательности формирования водно-болотных угодий в дельте реки Хуанхэ в Китае: уровни, источники и токсические риски. Экол. Инд. 69 , 331–339. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2016. 04.042 (2016 г.).

    КАС Статья Google ученый

48. Макдональд, Д. Д., Ингерсолл, К. Г. и Бергер, Т. А. Разработка и оценка согласованных рекомендаций по качеству отложений для пресноводных экосистем. Арх. Окружающая среда. Контам. Токсикол. 39 (1), 20–31. https://doi.org/10.1007/s002440010075 (2000 г.).

    КАС Статья пабмед Google ученый

49. Птак М., Сойка М., Чойнски А. и Новак Б. Влияние условий окружающей среды и морфометрических параметров на температуру поверхностных вод польских озер. Вода 10 (5), 580. https://doi.org/10.3390/w10050580 (2018).

    Артикул Google ученый

50. Бокс, Г. Э. и Кокс, Д. Р. Анализ преобразований. JR Stat. соц. сер. Б (методол.) 26 (2), 211–252. https://doi. org/10.1111/j.2517-6161.1964.tb00553.x (1964).

    Артикул МАТЕМАТИКА Google ученый

51. Лю, К.В., Лин, К.Х. и Куо, Ю.М. Применение факторного анализа при оценке качества подземных вод в районе болезни черноногих на Тайване. Науч. Общая окружающая среда. 313 (1–3), 77–89. https://doi.org/10.1016/S0048-9697(02)00683-6 (2003 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья пабмед Google ученый

52. Паатеро, П. и Таппер, У. Положительная матричная факторизация: неотрицательная факторная модель с оптимальным использованием оценок ошибок значений данных. Environmetrics 5 (2), 111–126. https://doi.org/10.1002/env.3170050203 (1994 г.).

    Артикул Google ученый

53. Норрис Г., Дюваль Р., Браун С. и Бай С. Основы положительной матричной факторизации (PMF) 5. 0 Агентства по охране окружающей среды и руководство пользователя. Управление исследований и разработок Агентства по охране окружающей среды США EPA/600/R-14/108, Вашингтон, 1–136 (2014).

54. Комеро, С., Капитани, Л., и Гавлик, Б. М. Положительная матричная факторизация (PMF). Введение в хемометрическую оценку данных мониторинга окружающей среды с использованием PMF, Объединенный исследовательский центр Европейской комиссии, Люксембург: Управление официальных публикаций Европейских сообществ, 58 (2009 г.).).

55. Цзян Дж., Хан А.У., Ши Б., Тан С. и Хан Дж. Применение положительной матричной факторизации для выявления потенциальных источников ухудшения качества воды в реке Хуайхэ, Китай. Заяв. Науки о воде. 9 (3), 1–14. https://doi.org/10.1007/s13201-019-0938-4 (2019 г.).

    КАС Статья Google ученый

56. Полиссар А. В. , Хопке П. К., Паатеро П., Мальм В. К. и Сислер Дж. Ф. Атмосферный аэрозоль над Аляской: 2. Элементный состав и источники. Ж. Геофиз. Рез. Атмос. 103 , 19045–19057. https://doi.org/10.1029/98JD01212 (1998 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

57. Пандольфи, М. и др. Применение моделей рецепторов к многолетним измерениям PM10 в окружающей среде в промышленной зоне производства керамики: сравнение результатов распределения источников. Атмос. Окружающая среда. 42 (40), 9007–9017. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2008.090,029 (2008 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

58. Луо Ю. и др. Загрязнение PM2,5 в городе нефтехимической промышленности на севере Китая: сезонные колебания и распределение источников. Атмос. Рез. 212 , 285–295. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2018.05.029 (2018 г.).

    КАС Статья Google ученый

59. Яскула Ю. и Сойка М. Оценка пространственного распределения загрязнения отложений тяжелыми металлами в двух крупнейших реках Польши. CATENA 211 , 105959. https://doi.org/10.1016/j.catena.2021.105959 (2022).

    КАС Статья Google ученый

60. Ке, X. и др. Оценка экологического риска и идентификация источника тяжелых металлов в поверхностных отложениях охраняемой территории реки Ляохэ, Китай. Хемосфера 175 , 473–481. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.02.029 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья пабмед Google ученый

61. Дункан, А. Э., де Врис, Н. и Ньярко, К. Б. Оценка загрязнения тяжелыми металлами отложений реки Пра и ее притоков. Вода Воздух Загрязнение почвы. 229 (8), 1–10. https://doi.org/10.1007/s11270-018-3899-6 (2018 г.).

    КАС Статья Google ученый

62. Самецка-Цимерман, А. и Кемперс, А. Дж. Тяжелые металлы в водных макрофитах двух небольших рек, загрязненных городскими, сельскохозяйственными и текстильными сточными водами юго-западной Польши. Арх. Окружающая среда. Контам. Токсикол. 53 (2), 198–206. https://doi.org/10.1007/s00244-006-0059-6 (2007 г.).

    КАС Статья пабмед Google ученый

63. Карлик Б. и Шпаковска Б. Лабильные органические вещества и тяжелые металлы в водах сельскохозяйственных ландшафтов. поль. Дж. Окружающая среда. Стад. 10 (2), 85–88 (2001).

    КАС Google ученый

64. Бриффа Дж., Синагра Э. и Бланделл Р. Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами и их токсикологическое воздействие на человека. Гелийон https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2020.e04691 (2020).

    Артикул пабмед ПабМед Центральный Google ученый

65. Zhou, Q. et al. Суммарные концентрации и источники загрязнения тяжелыми металлами мировых речных и озерных водоемов с 1972 по 2017 г. Global Ecol. Консерв. https://doi.org/10.1016/j.gecco.2020.e00925 (2020).

    Артикул Google ученый

66. Белла, Г. Д., Руссо, Э. и Дуго, Г. Тяжелые металлы и стойкие органические загрязнители в морских организмах из двух сицилийских охраняемых территорий: Мессинского пролива и озер мыса Пелоро. Курс. Орг. хим. 21 (5), 387–394. https://doi.org/10.2174/1385272820666161017164744 (2017 г.).

    КАС Статья Google ученый

67. «>

    Слуковский З., Медведев М., Сироежко Е. Дальний перенос тяжелых металлов как фактор формирования геохимии осадков юго-запада Республики Карелия, Россия. Дж. Элем. 25 (1), 125–137. https://doi.org/10.5601/jelem.2019.24.1.1816 (2020 г.).

    Артикул Google ученый

68. Эль-Амьер, Ю. А., Эльнаггар, А. А. и Эль-Альфи, М. А. Оценка и картографирование пространственного распределения загрязнения донных отложений тяжелыми металлами в озере Буруллус, Египет. Египет. J. Основное приложение. науч. 4 (1), 55–66. https://doi.org/10.1016/j.ejbas.2016.09.005 (2017 г.).

    Артикул Google ученый

69. Ли, X. и др. Быстрая диагностика загрязнения тяжелыми металлами озерных отложений на основе магнетизма окружающей среды и машинного обучения. Дж. Хазард Матер. 416 , 126163. https://doi. org/10.1016/j.jhazmat.2021.12616334492941 (2021).

    КАС Статья пабмед Google ученый

70. Гюзель Б., Джанлы О. и Аслан Э. Пространственное распределение, идентификация источников и оценка экологического риска СОЗ и тяжелых металлов в озерных отложениях в Стамбуле, Турция. мар. Поллют. Бык. 175 , 113172. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2021.113172 (2022).

    КАС Статья пабмед Google ученый

71. Ю, З. и др. Комплексная оценка загрязнения тяжелыми металлами и экологического риска в озерных отложениях путем сочетания общей концентрации и химического разделения. Окружающая среда. Загрязн. 269 , 116212. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.116212 (2021).

    КАС Статья пабмед Google ученый

72. «>

    Guo, S. et al. Оценка содержания, распределения и источников тяжелых металлов в отложениях озера Нанси, Китай. Окружающая среда. науч. Загрязн. Рез. 28 (24), 30929–30942. https://doi.org/10.1007/s11356-021-12729-9 (2021 г.).

    КАС Статья Google ученый

73. Мохаммади М., Халеди Дарвишан А., Динелли Э., Бахрамифар Н. и Алави С. Дж. Как конфигурация землепользования влияет на загрязнение отложений тяжелыми металлами? Сравнение прибрежной зоны и суббассейнов. Сточ. Окруж. Рез. Оценка риска. 36 , 719–734. https://doi.org/10.1016/10.1007/s00477-021-02082-1 ​​(2021 г.).

    Артикул Google ученый

74. Миранда, Л. С., Дейлами, К., Айоко, Г. А., Эгодаватта, П. и Гунетиллеке, А. Влияние класса и конфигурации землепользования на распределение тяжелых металлов в воде и отложениях. Науч. Общая окружающая среда. 804 , 150116. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.150116 (2022).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья пабмед Google ученый

Скачать ссылки

Спросите металлурга: что такое ржавчина?

Ржавчина — это термин, который мы используем для описания красных оксидов железа, образующихся при коррозии черных металлов.

Ржавчина — это общее название химических веществ, образующихся при взаимодействии железа с кислородом и водой. Однако «ржавчина» плохо определяется в химии — много химических веществ может образоваться, когда железо остается незащищенным. Тем не менее, мы обычно называем ржавчиной красный, шелушащийся вид, возникающий в результате воздействия определенных химических веществ.

Коррозия железа или стали приводит к образованию множества различных соединений в обычных условиях окружающей среды. Некоторые из этих химических веществ будут черными, синими, желтыми, серыми или коричневыми, в зависимости от того, какие молекулы они захватывают из окружающей среды при ржавлении. Например, кислотные дожди, содержащие серу, могут соединяться с железом, образуя молекулы пирита, желтого минерала, называемого «золотом дураков». Эти минералы вовсе не то, что мы думаем о ржавчине. Обычно мы имеем в виду какой-то тип оксида железа (III), имеющий красный или красно-коричневый цвет.

Следовательно, когда мы говорим о ржавчине железа, мы не всегда связываем ее с химическими изменениями, наблюдаемыми в других металлах, которые мы регулярно используем. Мы не говорим о «ржавении» серебра или меди. Вместо этого говорят, что медь покрывается патиной, а серебро тускнеет. Все эти термины описывают коррозию открытого металла.

Леди Свобода одета в зеленую медь, толстую патину минеральных продуктов коррозии меди.

Почему железо ржавеет? Почему медь не ржавеет?

Металлы подвергаются коррозии в результате химических реакций с окружающей средой. Рафинированные, пригодные для использования человеком металлы часто находятся не в самой термодинамически стабильной форме. Они реагируют с молекулами воздуха вокруг себя, чтобы найти более стабильное состояние.

При ржавлении железа это процесс окисления, при котором кислород и вода образуют оксиды железа. Однако коррозия может происходить и с другими молекулами. Потускнение серебра часто возникает в результате реакций с сероводородом, газом, который пахнет тухлыми яйцами и образуется в результате бактериального разложения в среде с низким содержанием кислорода. Если у вас есть серебро рядом с болотом или рядом с помойкой, оно быстро потускнеет!

Некоторые металлы не подвержены коррозии, потому что они уже химически стабильны. Примерами являются золото и платина: по этой причине их чаще можно найти в виде чистого элементарного металла в земной коре. Серебро также встречается в виде чистого металла, потому что, когда оно тускнеет, оно создает термодинамически стабильное уплотнение вокруг остального металла. Эта пассивная пленка предотвращает дальнейшую коррозию нижних слоев в процессе, называемом пассивацией.

Медная патина, отвечающая за характерный зеленый цвет Статуи Свободы, является примером пассивной пленки, которая защищает металл под ней; зеленая медь, образовавшаяся в результате выветривания меди, сохраняет свою связь с нижним слоем меди, герметизируя и защищая его от атмосферных молекул.

Напротив, красные оксиды железа (III) не связываются с железом под ними, а скорее отрываются и отслаиваются. Следовательно, ржавчина не создает пассивирующего слоя, а вместо этого разъедает, подвергая окислению следующий слой железа.

Некоторые сплавы на основе железа, такие как нержавеющая сталь, известны своей устойчивостью к ржавчине. Стойкие к ржавчине сплавы железа содержат в смеси металл, который создает пассивную и защитную пленку до того, как может появиться ржавчина. Для нержавеющей стали пассивация создается за счет добавления хрома, который быстро окисляется, оставляя очень тонкий слой, защищающий железо. .

Лимонные батареи могут быть изготовлены из цинка и меди, вызывающих гальваническую реакцию.

Общие типы коррозии металлов

Металлы подвергаются коррозии в различных средах посредством различных процессов. Простейшая форма коррозии возникает, когда металлы реагируют на влагу и воздух на своей поверхности. В соленой среде присутствие хлора в соли может ускорить или замедлить этот процесс. Причиной кислотных дождей могут быть соединения серы.

Соленая среда также способствует несколько более сложному процессу, называемому гальванической коррозией . При гальванической коррозии два типа металлов с очень разными электрическими потенциалами вступают в электрический или физический контакт в ванне с электролитом, например, с морской водой. Более пассивный металл, катодный металл, оттягивает электроны от активного или анодного металла. Эта химическая реакция является формой коррозии, которая также лежит в основе электрохимических батарей.

Вновь заряженные молекулы анодного металла стабилизируются путем объединения с молекулами окружающей среды, обычно образуя оксиды или другие минералы. В стали эти оксиды представляют собой ржавчину.

Алюминий — это металл, который во время коррозии обычно защищается пассивирующей пленкой. Однако алюминий может быстро подвергнуться коррозии, если его закрепить винтами из нержавеющей стали из-за гальванической коррозии. С другой стороны, стальные винты будут более устойчивы к ржавчине! Обеспечение постоянного потока электронов анодом предотвращает коррозию металла катода. По этой причине иногда «жертвенные аноды» прикрепляют к металлу, который будет подвергаться воздействию моря, например, к корпусу корабля, чтобы электрохимически защитить мембрану корабля.

Точечная коррозия  – это термин, обозначающий коррозию, которая не происходит равномерно по всей поверхности металла. Вместо этого в металле появляются небольшие отверстия. Эти области более быстрой коррозии обычно возникают из-за нарушения «уплотнения» на материале, будь то искусственный герметик, такой как краска или порошковое покрытие, или пассивный пленочный герметик верхнего слоя коррозии. Пассивирующий слой может выйти из строя, если в металле есть включения или сплав неоднороден. Металл представляет собой кристаллическую структуру, состоящую из зерен, и существуют различные фазы этих зернистых структур. Если химический состав неравномерный или деформированный, это может привести к образованию пятен, более уязвимых для коррозии, и даже вызвать гальваническую коррозию по всему телу того же металла.

Нержавеющая сталь обычно устойчива к ржавчине, но некоторые виды повреждений могут сделать ее уязвимой.

Может ли нержавеющая сталь ржаветь?

Нержавеющая сталь — это устойчивый к коррозии сплав железа, который борется с ржавчиной с добавлением хрома. Различные процентные содержания хрома используются, чтобы сделать его устойчивым к регулярному использованию или интенсивному использованию в соленой среде, как в нержавеющей стали 316.

Однако даже нержавеющая сталь может ржаветь! Все железо, запертое в металле, просто нуждается в воздействии, чтобы вступить в реакцию. Он полагается на «герметизирующий» пассивный слой оксида хрома для его защиты.

Слой оксида хрома имеет толщину всего в несколько молекул и не формируется мгновенно. При изготовлении нержавеющей стали ее очищают кислотой. Эта кислота удаляет любые отложения железа, соли или жира на поверхности, которые могут вызвать проблемы с химической реакцией хрома. В зависимости от типа используемой кислоты она может быть частью процесса пассивации или просто подготавливать сталь к естественной пассивации на воздухе.

Поскольку эта пассивная пленка представляет собой химическое вещество, ее можно разрушить. Очень высокая температура, превышающая 750 ° F, может вызвать молекулярные изменения в хроме, которые препятствуют окислению, поэтому вокруг места сварки на нержавеющей стали может образоваться ржавчина. В других случаях слой оксида хрома может быть поврежден в результате быстрого термического изменения, истирания, поломки, соли, кислоты и накопления других металлических отложений. Если нержавеющая сталь вступает в контакт со слишком большим количеством железа, локальное процентное содержание хрома может упасть ниже минимального процентного содержания, необходимого для сохранения пленки (нижняя граница составляет 10,5%).0003

Таким образом, чистка нержавеющей стали стальной ватой может усугубить проблему ржавчины! По мере износа хрома молекулы стали из скруббера могут стать частью основного металла, снижая локальное содержание хрома. Когда пассивация нержавеющей стали не проходит, а железо подвергается воздействию воды и воздуха, начинается ржавчина.

Важно не использовать стальной скруббер при очистке нержавеющей стали.

Как очистить нержавеющую сталь от ржавчины

Рекомендации по очистке нержавеющей стали часто предполагают, что вы должны «осторожно поцарапать хромированную поверхность», и поэтому рекомендуют не использовать абразивы и другие химические вещества. Это не совсем правильно: ржавчина свидетельствует о том, что поверхность оксида хрома уже повреждена. Цель очистки нержавеющей стали от ржавчины в непромышленном контексте (дома или на небольшой коммерческой кухне) состоит в том, чтобы сначала полностью очистить нержавеющий сплав, удалив всю ржавчину, а также все отложения железа, соль, жир или кислоту. а затем позволить материалу «автопассивироваться», то есть вступить в реакцию с воздухом, чтобы восстановить уплотнение. Отказ от всех форм железа и стали при этом — один из способов быть довольным результатом.

Для удаления ржавчины с нержавеющей стали:

1. Мягкий абразив, такой как пищевая сода, можно использовать для очистки поверхности тканью, губкой или щеткой с мягкой щетиной для удаления ржавчины.
2. По мере удаления ржавчины и любых загрязнений хром мгновенно самопассивируется, создавая собственный защитный экран.
3. Слой оксида хрома в течение следующих нескольких дней становится толще, поэтому сушка на воздухе в течение ночи помогает укрепить его защиту!
4. После хорошего ополаскивания нержавеющую сталь можно оставить сохнуть на воздухе или очистить и отполировать с помощью специального чистящего средства для нержавеющей стали.

В производственных условиях нержавеющую сталь иногда очищают в горячей ванне с азотной кислотой, которая «вынуждает» наносить более толстый слой пассивации. По экологическим причинам многие производители в настоящее время переходят на использование лимонной кислоты для очистки, что может быть более распространенным в домашних условиях, а затем позволяют нержавеющей стали «автопассивироваться».

Чугун должен быть приправлен, чтобы предотвратить ржавчину. Используется масло, предпочтительно льняное.

Как удалить ржавчину с чугуна и стали

В отличие от удаления ржавчины со сплавов нержавеющей стали, использование стальной мочалки или щетки с проволочной щетиной может помочь удалить ржавчину с чугуна или стали!

Для простых небольших поверхностей, таких как ржавые чугунные сковороды:

1. С помощью мочалки и небольшого количества смазки можно удалить слой оксида железа. Соль является широко используемым абразивом.
2. Затем кастрюлю следует хорошо вымыть.
3. Кастрюлю следует высушить на огне, чтобы все поры поверхности были вытеснены жидкостью.
4. Чугун необходимо смазать маслом, которое при запекании на поверхности образует полимерный герметик.
5. Это масло можно нанести на поверхность тонким слоем, а затем запечь (в перевернутом виде, чтобы предотвратить скопление) при 375° в течение 1 часа. При желании можно добавить дополнительные слои.
6. Пищевое льняное масло — идеальный выбор в качестве приправы, обеспечивающий твердое глянцевое покрытие.

Чистка нецелесообразна для многих объектов сложной формы или размера. В этом случае химические методы удаления могут быть лучшим подходом. Они имеют разную эффективность в зависимости от типа используемого сплава. Можно использовать обычные бытовые ингредиенты, такие как уксус, патока или лимонная кислота. Патока — удивительный выбор, и она требует больше времени, чем уксус, но она может быть весьма эффективной, поскольку распадается на щавелевую кислоту, которая помогает удалить ржавчину.

Также доступны коммерческие продукты для удаления ржавчины, часто изготавливаемые с более сильными кислотами. Замачивание в этих жидкостях, а затем удаление и сушка могут быть эффективными при восстановлении старых ржавых сокровищ.

Как и в случае с чугунными сковородами, важно учитывать, как ваша сталь и железо будут защищены от элементов после их очистки.

Защита черных металлов

Железо в присутствии воздуха и воды ржавеет. Это означает, что пока человечество занимается обработкой железа, мы также работаем над лучшими герметиками для железа. Есть много способов создать плотный слой.

Принудительная пассивация —Очень распространенная форма герметизации железа или стали состоит в том, чтобы корродировать первый слой до оксида железа (II) или черного оксида, который действует подобно другим металлическим патинам и герметизирует металл. Единственная разница между этим процессом и тем, что происходит с медью, цинком или хромом, заключается в том, что он не происходит при обычных условиях окружающей среды. Поэтому, если верхний слой предмета поврежден, весь предмет придется перекрашивать. Это известно как «воронение», когда оно выполняется с помощью пистолета с помощью одного процесса, или «чернение» в большинстве механических мастерских с помощью аналогичного процесса, но с немного другими химическими веществами. В процессах холодного чернения оксид железа (II) можно наносить на поверхность, обеспечивая несколько менее прочную защиту.

Регулярное использование и уход, в том числе нанесение масла или воска —Некоторое количество работающего железа или стали останется в основном сырым, где использование, уход или окружающая среда будут поддерживать их блеск. Традиционно оружие, такое как мечи, и снаряжение, такое как ножи, могли оставаться «сырыми», но их сушили и смазывали минеральными или кулинарными маслами, которые являются временными герметиками, требующими регулярного повторного применения. При длительном хранении можно использовать воск и другие полироли для создания уплотнения, но такого, которое будет изнашиваться при использовании.

Детали двигателя, подвергшиеся воздействию обычного масла, могут остаться сырыми, так как высокая температура и масло вокруг двигателя делают их маловероятными для ржавчины, но внешние поверхности могут быть окрашены. Выхлопные системы автомобилей полагаются на более высокие температуры полностью горячего двигателя для предотвращения коррозии, поэтому вождение достаточно долго, чтобы блок двигателя нагрелся, является способом предотвращения ржавчины в глушителе. (В высокопроизводительных гоночных двигателях внутренняя часть также может быть окрашена, но это в основном для облегчения циркуляции масла.)

Краска — один из многих способов защиты стали и железа от коррозии.

Наносимые герметики — Многие изделия из железа и стали защищены нанесением твердого слоя другого вещества. К ним относятся:

• Полимерное масло: Льняное масло (изготовленное из льна, но не соответствующее пищевым стандартам) было одним из первых отделочных материалов для изделий из кованого железа. Кузнец может закалить в масле или покрасить предмет маслом, а затем обжечь его, придав ему традиционный черно-коричневый блеск, который мы до сих пор имитируем на кованом железе — обычно с помощью лаков, красок или лаков.
• Горячее цинкование погружением:  В этом процессе цинк наносится на сталь или железо в ванне с расплавом. Цинковая оцинковка обладает рядом защитных свойств. Во-первых, он создает патину, которая изолирует как цинк, так и железо или сталь под ним. Во-вторых, он более «активен», чем металлы, на которые наносится. В течение всего срока службы объекта из оцинкованной стали цинк действует как «жертвенный анод». По мере разложения он защищает и замедляет коррозию стали под ним, даже если эта сталь подвергается воздействию.
• Гальваническое покрытие:  Цинк можно наносить на сталь не через ванну для погружения, а пропуская электрический заряд через стальной объект и распыляя на объект заряженные частицы цинка. Это приводит к равномерному и непрерывному электрическому соединению на поверхности металла.
• Порошковое покрытие:  Процесс нанесения порошкового покрытия похож на процесс нанесения цинка, поскольку объект и герметик заряжены электростатически, что означает молекулярную связь без малейших разрывов, которые пропускают влагу. Затем смолистое порошковое покрытие запекается на объекте в горячей печи. Покрытие будет сохранять блеск в течение многих лет, обеспечивая превосходную защиту и требуя минимального ухода.
• Краска: Краска является популярным и универсальным герметиком как внутри помещений, так и снаружи, и даже в сердце высокопроизводительных двигателей. Как недорогой герметик, он по-прежнему очень хорошо защищает железо и сталь от непогоды. Когда он трескается и изнашивается, его достаточно просто отшлифовать и нанести повторно. Недостатком краски является ее собственная склонность трескаться и отслаиваться под воздействием погодных условий: даже небольшая дырочка в слое герметика может запустить процесс ржавчины снизу. Однако иногда с этими недостатками можно справиться, используя часть или часть регулярной процедуры технического обслуживания.