Ruostuminen

Puhkiruostunut rautaesine.

Ruostuminen kemiallisesti.

Ruostumisella tarkoitetaan raudan, käytännössä useimmiten teräksen, korroosiota. Ruoste on ainetta, joka muodostuu rauta-atomien hapettuessa veden ja hapen vaikutuksesta. Se on seos raudan oksideja ja hydroksideja.

Ruosteen muodostuminen

Rautaa esiintyy luonnossa muun muassa hematiittina, joka on rauta(III)oksidia, ja pelkistetty rauta reagoi hapen ja veden kanssa pyrkien palautumaan samaan muotoon. Näin ollen rauta ruostuu happipitoisessa vedessä ja kosteassa ilmassa. Ilmassa, jonka suhteellinen kosteus on alle 60 prosenttia, rauta ei ruostu. Täysin puhdas rautapinta pysyy pitkään muuttumattomana kosteammassakin ilmassa.^[1]

Rautaa löytyy luonnossa hematiitista rautaoksidina, ja puhdas rauta pyrkii palautumaan samaan muotoon. Ruosteen muodostuminen voidaan jakaa kolmeen osaan: rauta(II)-ionien muodostumiseen, hydroksidi-ionien muodostumiseen ja niiden molempien sekä hapen reaktioon, jossa ruoste muodostuu.

Raudan ja veden välillä tapahtuu sähkökemiallinen prosessi, jossa rauta-atomit hapettuvat rauta(II)-ioneiksi:

Fe → Fe²⁺ + 2e⁻

Luovutetut elektronit kulkevat paljon liuennutta happea sisältävien vesipisaroiden reunoilla. Ne pelkistävät veden ja hapen hydroksidi-ioneiksi:

4e⁻ + O₂ + 2 H₂O → 4 OH⁻

Hydroksidi-ionit reagoivat rauta(II)-ionien ja veteen liuenneen hapen kanssa muodostaen rauta(III)oksidia:

Fe²⁺ + 2 OH⁻ → Fe(OH)₂

4 Fe(OH)₂ + O₂ → 2 (Fe₂O₃ · n H₂O) + 2 H₂O

Näin ollen ruoste on lopulta hydratoitunutta rauta(III)oksidia. Se on vesi- ja ilmahuokoista, joten muodostunut ruostekerros ei suojaa koko rautakappaletta, joka muuttuu ajan myötä kokonaan ruosteeksi.

Korroosio tapahtuu nopeammin merivedessä kuin makeassa vedessä Na⁺- ja Cl^--ionien takia, jotka saavat liuoksen johtamaan paremmin sähköä. Myös hapot edesauttavat ruostumista.

Ruostumisen ehkäiseminen

Katodinen suojaus

Katodinen suojaus estää raudan galvaanista korroosiota tekemällä siitä sähkökemiallisen kennon katodin. Tällöin rauta pinnoitetaan uhrimetallilla (anodilla), joka syöpyy raudan sijaan. Eri metallit asettuvat eri uhri-/suojattumetalli järjestykseen eri olosuhteissa.Sinkki, alumiini ja magnesium ovat metalleja, jotka toimivat normaalioloissa rautaan nähden anodeina ja täten kykenevät suojaamaan sitä ruostumiselta.^[2]

Sinistys

Sinistyksellä voidaan ehkäistä pienempien teräsesineiden, kuten aseiden, ruostumista. Sinistettyä terästä tulee kuitenkin huoltaa vettä hylkivällä rasvalla pinnoitteen kulumisen estämiseksi.

Suojauspinnoite

Ruosteenestoon sopii myös muu metallin ympäristöstä eristävä aine, kuten maali.

Betoni emäksisenä komponenttina suojaa rautaa ruostumiselta. Jos ruostumista betonista huolimatta tapahtuu, saattaa muodostunut ruoste, rautaa tilaa vievämpänä, aiheuttaa betonirakenteeseen halkeamia. Ruostunut betoniraudoitus myös heikentää rakennelujuutta.

Ruosteen poisto

Kevyttä ruostetta voidaan poistaa etikalla joko liottamalla tai etikkakääreillä.

Vahvempaa ruostetta voi poistaa mekaanisesti, kemiallisesti (esim. fosforihappo) tai elektrolyysillä.

Ruostepinta suojapinnoitteena

Arkkitehtuurissa ja teräsrakentamisessa on ryhdytty käyttämään julkisivu- ja runkomateriaalina ruostepintaista säänkestävää terästä, jonka pintaan muodostuva tiivis oksidikerros estää korroosion jatkumisen syvemmälle. Tekniikan edelläkävijänä toimi amerikansuomalainen arkkitehti Eero Saarinen, joka käytti sitä ensi kerran vuonna 1963 valmistuneessa John Deere -traktoriyhtiön pääkonttorissa Yhdysvaltojen Illinois’ssa.^[3]

Autojen ruostuminen

Ruosteinen Mercedez-Benz W123 200d

Auton ruostumisen ehkäisemiseksi auto täytyy pestä ja vahata säännöllisin väliajoin. Vaha muodostaa suojaavan pinnan. Auton pohjasta kannattaa poistaa lika, joka saattaa sitoa kosteutta. Talvisin, jolloin tiesuola edesauttaa autojen korroosiota, auton peseminen on tärkeämpää kuin kesällä.

Auton säilyttäminen talvisin avokatoksessa aiheuttaa vähemmän korroosiota kuin sen säilyttäminen lämpimässä tallissa, jos autolla ajetaan päivittäin. Tämä johtuu siitä, että ajettaessa ulkona jäähtynyt auto sisälle talliin, kylmän auton pintoihin tiivistyy kosteutta, joka kiihdyttää ruostumista. Lisäksi lämmin talli kiihdyttää reaktiota entisestään.^lähde?

Sisämaassa käytettyjen autojen metalliosat ovat usein paremmassa kunnossa kuin rannikoilla käytettyjen autojen. Tämä johtuu rannikoiden kosteammasta ja suolapitoisemmasta ilmasta.^[4]

Ruostumiselta suojaa parhaiten auton ruosteenestokäsittely.

Nykyään yhä suurempi osan auton rakenteista valmistetaan galvanoidusta teräksestä, joka on vähemmän korroosioaltista.^lähde?

Tutkimukset ovat osoittaneet, että ruoste auton korirakenteissa heikentää sen kolariturvallisuutta merkittävästi.^[5]

Katso myös

• Tinarutto
• Anodisointi

Lähteet

1. Otavan suuri Ensyklopedia, 7. osa (Optiikka-Revontulet), s. 5647 art. Rauta. Otava, 1979. ISBN 951-1-05468-6
2. Redoxpotentiaali
3. Maunula, Leena: Helsinki sai uuden konserttisalin, kun Pop-jazzkonservatorio muutti Oulunkylästä Arabianrantaan Pop ja jazz soivat nyt posliinitehtaassa Helsingin Sanomat. 3.9.1995. Viitattu 22.8.2018.(Tilaajille.)
4. A-Katsastus: Ruostuminen – vaarat ja ehkäisy web.archive.org. Viitattu 15.08.2013.
5. Rusty cars downgraded in NCAP-style used car crash test Auto Express. 27.4.2018. Viitattu 28.4.2018. (englanniksi)

Aiheesta muualla

• Kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Ruostuminen Wikimedia Commonsissa