Ржавчина проиграла: новое покрытие защищает металл так, как раньше никто не умел

Ржавчина ежегодно наносит мировой экономике ущерб в размере около 2,5 триллиона долларов. Она разрушает мосты, корабли, автомобили и металлические конструкции, превращая прочное железо в хрупкую красно-коричневую пыль. Но теперь у человечества появился шанс остановить этот процесс.

Что пошло не так с железом

Железо — основа современной инфраструктуры. Прочное, недорогое, удобное в обработке — оно используется везде. Однако его главный враг — кислород и влага, которые запускают цепную реакцию коррозии.

Защитные краски, цинкование и полимеры лишь временно задерживают разрушение. Солёный туман, ультрафиолет и перепады температур постепенно разрушают защитные слои. Малейшая трещина становится стартом для электрохимической реакции, которая уничтожает металл изнутри.

Почему старые методы больше не работают

Большинство грунтовок плохо держатся на железе. Они отлично работают с благородными металлами, но с железом быстро теряют сцепление. Керамические покрытия, графеновые слои и золь-гели тоже не идеальны — они требуют сложного и дорогого производства.

Главная проблема — плохая адгезия. Именно с неё и начала работу команда исследователей под руководством Элада Гросса из Еврейского университета в Иерусалиме.

Прорывная технология защиты металла

Учёные создали уникальную двухслойную систему защиты. Сначала на металл наносится сверхтонкая грунтовка из N-гетероциклического карбена (NHC) — соединения, которое надёжно прилипает к железу. Ранее аналогичное вещество демонстрировало выдающуюся устойчивость на золоте даже в агрессивных условиях.

После этого наносится полимерный слой на основе этоксилатдиакрилата бисфенола-А. Под воздействием ультрафиолета он превращается в прочную сетчатую структуру, которая образует плотный барьер.

"Это огромный шаг вперёд в защите железа от коррозии", — отметил профессор Элад Гросс.

Проверено солью и временем

Испытания проводились в солёной воде с концентрацией соли 3,5% — как в морской. Результаты оказались впечатляющими: новое покрытие снизило ток коррозии в 100 раз и сместило потенциал коррозии на 475 мВ в сторону благородных металлов.

За сутки в агрессивной среде покрытие показало 99,6% эффективности. Оно не вспучилось, не потрескалось и не отслоилось.

Что это значит для мира

Судоверфи, мосты, бетонные конструкции — все они могут получить защиту, которая продлит срок службы на годы. Для судов это означает меньше посещений сухого дока, а значит — существенную экономию.

При этом процесс нанесения прост: грунтовка оседает на металл под действием электрического поля, а полимер фиксируется обычными УФ-лампами. Подходит даже для сложных форм и внутренних полостей.

Экономия и экология в одном флаконе

Чем меньше требуется ремонтов и перекрасок, тем меньше загрязнения: меньше пыли, растворителей и металлических отходов. Кроме того, технология не требует дорогих компонентов — используется недорогое железо вместо нержавейки.

По словам Элада Гросса, команда уже работает над следующими задачами: созданием самовосстанавливающихся покрытий, добавлением антиобрастающих свойств для морских судов и тестированием на чугуне и низколегированных сталях.

Однажды такой простой гвоздь, покрытый новым материалом, сможет прослужить дольше, чем некоторые детали из нержавеющей стали.

Уточнения

Ржа́вчина - общий термин для определения оксидов железа. В разговорной речи это слово применяется к красным оксидам, образующимся в процессе реакции железа с кислородом в присутствии воды или влажного воздуха. Есть и другие формы ржавчины, например, продукт, образующийся в ходе реакции железа с хлором при отсутствии кислорода.