Электрически заряженные капли дождя могут вызывать коррозию металла 

Фото из открытых источников

Металлы повсюду нуждаются в защите от коррозии — от любимых автомобилей до знаковых зданий, скульптур и кораблей. Однако, согласно новым исследованиям, существует источник коррозии, о котором мы не знали и который не учитывали.

Источником этого является электрически заряженная вода. Вода может заряжаться различными способами, от прохождения сквозь грозовое облако до скольжения по различным поверхностям.

Зная, что вода может как заряжаться, так и вызывать коррозию металла, исследователи из Института полимерных исследований им. Макса Планка в Германии решили выяснить, может ли существовать какая-либо связь между этими явлениями. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Эксперименты команды показали, что вода, несущая электрический заряд, может создавать отверстия в обычном защитном покрытии на меди посредством интенсивного электрического процесса, известного как диэлектрический пробой.

«Мы продемонстрировали, что эти заряженные капли могут вызвать электрическое разрушение покрытия и привести к коррозии металла», — пишут исследователи в своей опубликованной статье. «Поскольку капли воды, самопроизвольно заряженные, образуются естественным путем, этот ранее игнорируемый механизм коррозии может способствовать разрушению объектов культурного наследия, зданий, кораблей, автомобилей и других металлических компонентов».

Исследователи провели серию экспериментов, используя различные материалы и установки.

В первом эксперименте капли воды скатывались по четырем распространенным поверхностям (листу растения, тонкой пенопластовой ПВХ-плите, полистиролу и кварцу, покрытому водоотталкивающим составом), а затем падали на образцы меди, покрытые либо тефлоном, либо полистиролом.

В другом случае капли скользили по сплошной тефлоновой поверхности, покрывающей два соседних материала.

Исследователи измерили заряд капель воды во время их скольжения, а также характер коррозии после того, как тысячи и тысячи капель ударились или скользнули по покрытым металлическим поверхностям.

В совокупности эксперименты показали, что капли воды наносят ущерб покрытым металлам, таким как медь и золото, — не только от удара, но и просто от перемещения по поверхности.

Используя мощный микроскопический метод, исследователи смогли увидеть повреждения и охарактеризовать продукты произошедших коррозионных реакций.

При нанесении на защищаемую медную проволоку капель электрически нейтральной воды повреждений не произошло.

Ученые лишь недавно осознали, что скользящие капли воды могут заряжаться за счет обмена зарядами с поверхностью (подобно тому, как работает статическое электричество).

Эта новая работа углубляет наше понимание влияния заряженных капель на обычные материалы.

Как только металл оказывается открытым, он становится уязвимым для коррозии. Дело не в том, что ученые не замечали, как дождь и вода разрушают металлы – это широко известная проблема – но нам, возможно, придется переосмыслить, как мы определяем причины этого повреждения и как предотвращаем его.

«Согласно общепринятым представлениям, разрушение покрытия, вызванное каплями воды, в основном обусловлено двумя механизмами: физическим истиранием, вызванным движущимися каплями, и химической деградацией под воздействием кислотных веществ и загрязняющих примесей в капле», — пишут исследователи.

Результаты показательны, но исследование ограничивалось лабораторными экспериментами. Пока неясно, например, какое количество дождевой воды может нести электрический заряд, достаточный для повреждения металла.

Однако это вполне возможно. Будущие исследования позволят получить более четкое представление о том, насколько сильно деградация материала обусловлена этими заряженными каплями воды.

«Заряженные капли могут образовываться естественным образом в облаках, грозовых облаках, океанских волнах, фонтанах и водопадах, а также при скольжении по гидрофобным материалам перед соприкосновением с покрытым металлом», — пишут исследователи. «Они также встречаются в промышленных процессах, таких как электростатическое напыление, струйная печать и реакции в химическом и фармацевтическом производстве. Следовательно, эта причина коррозии может быть актуальна во многих повседневных или промышленных процессах».

Если учёные смогут более точно оценить угрозу, которую представляет собой электрически заряженная вода для защищаемых металлов, они также смогут разработать улучшенные покрытия для защиты от наблюдаемого здесь диэлектрического пробоя.

Теперь, когда они знают, на что обращать внимание, исследовательская группа считает, что аналогичная коррозия вполне может происходить и в других материалах, помимо тех, которые они исследовали.

«Естественно заряженные капли могут вызвать электрическое разрушение покрытия, тем самым инициируя или усугубляя коррозию покрытых металлов», — пишут исследователи. «Наши результаты могут улучшить стратегии защиты от коррозии и подчеркнуть необходимость защитных материалов, способных противостоять повреждениям, вызванным воздействием электрического заряда от капель воды».