Ржавчина образуется на металле из-за химической реакции между железом, кислородом и влагой. Этот процесс называется коррозией.

Железо контактируя с воздухом, содержащий кислород, теряет электроны и становится положительно заряженным, начинается химический процесс.

Кислоты ускоряют процесс коррозии, поскольку они увеличивают концентрацию ионов водорода, которые реагируют с железом, образуя водород и ионы железа.

Вода помогает перемещать электроны и ионы.

Потерявшие электроны атомы железа соединяются с кислородом и водой, образуя новый материал — ржавчину. Поскольку ржавчина не такая плотная, как оригинальное железо, она не может эффективно защищать металл от дальнейшего контакта с воздухом и водой. Поэтому процесс коррозии продолжается, и ржавчина распространяется дальше.

Так же ржавчина образуется из-за органических кислот. Наибольшую агрессивность проявляет уксусная, в то же время, коррозионностойкие стали демонстрируют высокую устойчивость в таких кислотах, как яблочная, бензойная, пикриновая, олеиновая, винная и стеариновая, даже при повышенных температурах (более 100°C).

Контакт металлов как с кислотами  так и с воздухом приводит к образованию питтингов

Питтинговая коррозия часто встречается в растворах хлорного железа и других агрессивных средах. Особенно при увеличении температуры, причем глубина этих поражений может превышать таковую в уксусной кислоте. Удаление ржавчины механическим способом невозможно.

Оптимальное удаление ржавчины происходит кислотами, из-за способности вступать в реакцию с оксидами железа, составляющими основу ржавчины, переводя их в растворимые соли. Например, при взаимодействии с соляной кислотой образуется хлорид железа.

Растворимые соли железа легко смываются с поверхности металла, оставляя его чистым. Остатки кислоты затем нейтрализуют щелочным раствором, чтобы предотвратить дальнейшее воздействие на металл. В результате этой реакции образуются нейтральные молекулы воды. Это приводит к снижению концентрации ионов водорода и гидроксида, что, в свою очередь, снижает кислотность и щелочность раствора.

Алюминий отличается высокой устойчивостью в органических кислотах благодаря наличию на его поверхности защитной пленки из труднорастворимых окислов. Нержавеющая сталь устойчива к коррозии благодаря содержанию хрома, который образует на её поверхности защитный слой оксида хрома. Этот слой предотвращает доступ кислорода и влаги к основному металлу.

Ржавый металл считается поврежденным, поскольку коррозия разрушает его структуру, создавая пористую и рыхлую поверхность, которая проникает вглубь металла.  После обработки кислотами, которые устраняют ржавчину из пористой структуры металла, он остается не защищенным и подвержен еще более быстрому коррозирующему процессу. Приходим к выводу, что не защищенный металл требует некой пленки на поверхности для предотвращения поступления кислорода и влаги.

Существует несколько эффективных способов защиты очищенного металла от дальнейшей коррозии:

1. Покрытие защитными пленками

• Нанесение лака или краски, использование полимерных материалов, таких как эпоксидные смолы или полиуретаны.

2. Пассивация поверхности

• Химическая пассивация: Погружение металла в растворы окислителей, таких как азотная кислота или хроматы, для формирования тонкой оксидной пленки.

3. Анодирование

• Этот метод популярен для алюминия. Анодирование создает толстый слой оксида алюминия на поверхности металла.

4. Цинкование (гальванизация)

• Нанесение слоя цинка на поверхность металла. Цинк служит физическим барьером и одновременно жертвой, принимая на себя коррозию вместо основного металла.
• Погружение металла в расплавленный цинк для создания прочного защитного слоя.

5. Фосфатирование

• Создание фосфатной пленки на поверхности металла путем химической реакции. Фосфатная пленка укрепляет поверхность и улучшает сцепление лакокрасочного покрытия.

6. Термическая обработка

• Нагревание металла до определенной температуры и последующее охлаждение для улучшения его структуры и повышения устойчивости к коррозии.
• Использование коррозионностойких сплавов, таких как нержавеющая сталь или бронза, которые изначально обладают высокой устойчивостью к коррозии.

Пассивация металлов — это процесс перехода поверхности металла в неактивное, пассивное состояние, связанный с образованием тонких поверхностных слоев соединений, препятствующих коррозии. В технике пассивацией называют технологический процесс защиты металлов от коррозии с помощью специальных растворов или процессов, приводящих к созданию оксидной пленки на поверхности металла. Эти слои образуют плотный, почти непроницаемый барьер, благодаря чему коррозия сильно замедляется или полностью прекращается.