Совсем недавно попался мне видео ролик, в котором, автор рассказывал про всем известную проникающую смазку WD-40 и пытался создать жидкость, по свойствам схожую оригиналу. В итоге ему это удалось, рецепт достаточно прост и доступен, состоит всего из двух ингредиентов. В общем, советую прочитать статью, потому что в конце мы будем тестировать обе жидкости и разберёмся, стоит ли переплачивать за оригинал.

Что же такое WD-40? По сути, это проникающая смазка, основная её задача — донести масло в глубину соединения и немного размочить ржавчину. Справиться с такой задачей может керосин, который обладает высокой проницаемостью. Но использовать можно Уайт-спирит, который является более лёгкой фракцией керосина.

Также нам понадобится машинное масло, в данном случае это 10W-40, но думаю можно использовать и любое другое.

И так. Делаем примитив.

1. Первым делом отмериваем 80 мл Уайт-спирита, для эксперимента этого вполне достаточно.
2. Машинного масла понадобится всего 20 мл, исходя из этих пропорций, можно сделать любое количество жидкости.
3. Выливаем обе жидкости в ёмкость и хорошо перемешиваем, до образования однородной массы.

Жидкость готова, и теперь можно применять её по назначению!

Попользовавшись ей некоторое время я убедился, что проникающая способность самодельного средства ни чуть не хуже оригинала, поэтому возникает вопрос: а стоит вообще ли переплачивать?

С первого взгляда, можно сказать что, цель достигнута. Но ведь мы знаем что нет предела совершенству и мы постараемся сделать более эффективное средство, которое не только будет смачивать ржавое соединение, но и разрушать саму ржавчину (или модифицировать ее химическим способом).

Начнем делать свой состав.

Химический метод разрушения резьбовой ржавчины основан на том, что химические компоненты, попадая в поры и капилляры оксидного слоя могут вступать с ним во взаимодействие, либо переводя ржавчину в растворимое соединение, либо восстанавливая до металлического железа. И то и другое снимает расклинивающее давление внутри резьбы и позволяет провернуть гайку за счет образующихся дополнительных пор или участков пониженной плотности. В целом, механизмы воздействия химического метода можно разделить на три направления: протонирование, комплексообразование, восстановление.

Протонирование

В результате протонирования в реакцию с ржавчиной вступают реагенты, способные стать донором протонов (H+). Чаще всего для этой цели используются минеральные неорганические кислоты.

Механизм протонирования Fe(III) под воздействием кислот

Традиционно для очистки поверхности железа от продуктов коррозии применяют растворы минеральных кислот. Наиболее активным является раствор, содержащий 35 % ортофосфорной и 5-10% соляной кислоты. Растворы кислот — серной, соляной — позволяют достаточно быстро удалить продукты коррозии, но всегда вызывают некоторое растравливание металла. Для предотвращения этого в растворы кислот вводят ингибиторы коррозии. Так, в 1 М (напомню, на всякий случай, что раствор концентрации 1 М содержит 1 моль вещества на литр раствора) раствор серной кислоты целесообразно добавлять тиосемикарбазид, тиомочевину, уротропин, трифенилфосфин, бензотриазол (хорошие результаты достигаются при обработке железа 1 М раствором серной кислоты, содержащим 0,1—0,5 % тиомочевины или 0,5—1,0% бензотриазола); в 1 М раствор соляной кислоты — уротропин и трифенилфосфин.

На заметку: Трифенилфосфин — органическое соединение с формулой P(C6H5)3, или просто Ph3P. Является производным фосфина. Имеет вид белых кристаллов. Относительно стабилен при хранении на воздухе.

Раз уж пошел разговор за ингибиторы, то помимо упомянутых выше можно еще упомянуть и различные амины, встречающиеся в брендовых «растворителях ржавчины». Активно используются моноэтиламин, диэтиламин, триэтиламин и т.п. (что под рукой есть).

Комплексообразование

Комплексообразование — процесс возникновения т.н. координационных соединений. Они представляют собой нейтральные молекулы или ионы, возникшие в результате присоединения к иону или атому, называемому комплексообразователем, нейтральных молекул или других ионов, называемых лигандами. Чаще всего в роли лигандов выступают объемные органические молекулы.

Большая часть используемых в растворении ржавчины органических кислот — работают именно по механизму образования комплекса с ионами Fe (III). Наилучшую эффективность показывают муравьиная, лимонная и щавелевая кислота (а также их соли), этилендиаминтетрауксусная кислота (EDTA) и ее соль Трилон-Б, активно используемая во всевозможных Calgon-ах для удаления накипи. При использовании растворов органических кислот допускается введение в их состав ингибиторов коррозии (того же уротропина), так как кислоты пусть и медленно, но все-таки иногда вызывают растравливание металла. Хотелось бы отметить, что органические кислоты лучше работают в присутствии небольших количеств минеральных кислот (регулятор pH) и при нагревании.

Восстановление

Ну и наконец, третий механизм, с помощью которого структурные связи между атомами железа в оксидах железа могут быть ослаблены и разрушены, представляет из себя восстановление структурного Fe (III) до Fe (II) (а то и Fe0, если повезет). Суть его заключается в процессах переноса электронов и связанной с этим адсорбцией донора электронов, катодной поляризацией электрода, переноса электрона из неустойчивых поверхностных комплекса на поверхность Fe (III) и еще много матана. Более важно, на мой взгляд, то что в качестве восстановителей используют огромное количество соединений — дитионит (бисульфит) натрия, тиогликолевую (она же меркаптоуксусная, широко применяемую при химической завивке и окрашивании волос) кислоту, тиоцианат, гидразин, аскорбиновую кислоту, гидрохинон, сероводород, фруктозу, сахарозу. И даже такие удивительные вещи, как фульфокислоты из почвы.

При соответствующих условиях восстановительное растворение также может осуществляться фотохимически.

Наиболее популярными восстановителями является перекись водорода, 3—5%-й водный растворе NaOH и сульфита натрия Na2SO3, уже упомянутый выше бисульфит натрия, аскорбиновая кислота. Часто в качестве восстановительного растворителя ржавчины используют раствор порошка цинка в 15%-м растворе NaOH (который, кстати, при нанесении на гладкие ржавые поверхности, дополнительно загущают поливиниловым спиртом)

Часто для растворения ржавчины используют не индивидуальные реагенты, а их комбинации, где каждое вещество реализует свой механизм растворения оксидов железа. В качестве примера может служить тот же цинк+NaOH в который для ускорения процесса добавляют трилон Б, регулируя тем самым очищающую способность смеси.

Ну и подытоживая теорию, приведу методическую рекомендацию, взятую из американского стандарта ASTM посвященную удалению продуктов коррозии с металла. Сами американцы, я так понимаю, акцент делали скорее всего на обработке материалов на плоскости, но все ниже озвученное запросто можно применить и к резьбовым соединениям.

И, для любителей электролиза — составы для электрохимической очистки. Процесс действительно серьезно ускоряется, по сравнению с химической обработкой.

Замечание от коллоидного химика: нужно понимать, что в случае резьбы (в противоположность ржавчине на поверхности), для того чтобы разрушить все оксиды вдоль резьбы упомянутые выше составы должны до них добраться (реакция идет только в месте непосредственного контакта между реагентом и оксидом). А сделать это довольно сложно, так как все пути проникновения плотно забиты не успевшей еще прореагировать ржавчиной. Поэтому помимо эффективности растворения следует учитывать и эффективность смачивающего действия реагента (способности проникать в поры, микротрещины и капилляры). Именно этим вопросам и посвящен следующий раздел.

Снижение трения или «смазывая обломки...»

Как я уже писал выше, после химического, термического или механического разрушения оксидных слоев ржавчины необходимо уменьшить трение между ними. Логично, что сделать это можно с помощью смазки. Большинство «народных» средств, вроде различных масел, керосина, бензина, ацетона — никак не изменяют состояние ржавчины внутри «закисшего» болта, но вполне себе могут помочь в прокручивании гайки вместе с обломками оксидного слоя после проведения первичной обработки по разрушению пористого каркаса.

Важно! Заливать на «закисшую» резьбу любые углеводороды имеет смысл только в том случае, если путь вдоль резьбы не до конца забит оксидами, в таком случае растворитель в них проникает/адсорбируется и уже затем только выступает в роли смазки. Т.е. смачивать всякими керосинами нужно или не сильно приржавевшие болты или когда болт уже стронут и в оксидах образовались поры. Поэтому, учитывая выше изложенное (например, пункт термическое разрушение) логичным будет нанести «керосины» на заржавевшую резьбу, а затем одновременно с постукиванием по головке болта молотком или другим ударным инструментом попытаться сдвинуть гайку с места. Для чугунных и стальных водопроводных труб с резьбой знатоки рекомендуют нагревать заржавевшие места, наносить на них парафин из свечки, опять нагревать дожидаясь впитывания и проскальзывания растаявшего углеводорода по нитям резьбы и только потом пытаться раскручивать.

Замечание про WD-40

Многие наверное слышали про эту штуку, «триумф американской нефтехимии». Я, в отличие от некоторых друзей, не представляющих машину без пузырька WD-40 в бардачке, особого пиетета к этой смеси углеводородов не испытываю. Для тех, кто не в курсе, это раствор, который в 60-х годах прошлого века был разработан для защиты корпусов американских ракет от ржавчины и коррозии. Ну а потом, как водится, преимущества этой жидкости непонятного состава оценили и простые американцы. «WD-40» является аббревиатурой от термина «вытеснение воды, 40-я формула», т.е. на 40-й раз у них что-то получилось. Композиция WD-40 никогда не патентовалась, ради сохранения коммерческой тайны. Посему до сих пор толком не ясно, а что же там в составе оригинальной разработки. Узнать это с каждым годом все сложнее (так как по расказам знающих людей >90% WD-40 на нашем рынке — подделки), да и не нужно, так как уже 10 лет назад, журналисты из журнала Wired занесли этот «керосин» на газовый хроматограф+масс-спектрометр и установили, что в составе имеется:

• минеральное масло,
• декан,
• нонан,
• ундекан,
• тридекан,
• тетрадекан,
• циклогексан,
• диметилнафталин и углекислый газ чтобы создать необходимое давление в баллоне.

MSDS (паспорт безопасности для рынка США) дает следующую информацию:

• 50% — алифатические углеводороды,
• <25% — нефтяное минеральное масло,
• 12–18% алифатический углеводород с низким давлением паров для уменьшения вязкости раствора (легко испаряющийся разбавитель),
• 2–3% углекислого газа, <10% инертных ингредиентов.

Упомянутый выше раствор часто хвалят за невероятную проникаемость (или проницаемость, не помню точно как фанаты WD это произносят). Если смотреть с точки зрения коллоидной химии, то окажется, что эти люди скорее всего имеют ввиду явление смачивания. Если кратко, то оно зависит от сил межмолекулярного взаимодействия и заключается в следующем: если силы взаимодействия между молекулами жидкости и твердого тела больше, чем между молекулами жидкости, то жидкость растекается по поверхности твердого тела, т.е. смачивает и наоборот, если силы взаимодействия между молекулами жидкости больше, чем между молекулами жидкости и твердого тела, то жидкость собирается в каплю и не смачивает поверхность жидкости. Напрямую это связано с такой штукой, как поверхностное натяжение.

Тормозная жидкость БСК

Стоит не забыть упомянуть про такую штуку как «красная тормозуха», она же жидкость тормозная БСК (аки «бутиловый-спирт-касторка» в соотношении 1:1).

В то время, как кто-то пользовался WD-40 из бардачка, многие молча шли в гараж и приносили шприц с красной жидкостью едкого запаха. Жидкость наносилась, выдерживалась минут 30 и… И действительно, в большинстве случаев срабатывало и гайку удавалось открутить. Справедливости ради замечу, что все крепежи для которых использовалась БСК находились в моторах (или местах), где какое-то количество смазки всегда было. Если честно, то весьма вероятно, что в гараже до сих пор еще у некоторых есть эта тормозная жидкость, хранимая именно на случай заржавевшего крепежа. В продаже такой вариант сейчас найти тяжело, потому что производители отказались от бутанола в пользу различных полигликолей и их эфиров, которые проникают в капилляры резьбы гораздо хуже. Возможно связано это с тем, что полигликоли подешевле, а может и потому что они более безопасны.

Примечание: в современном мире, уставшем от безуспешных поисков смеси касторового масла с бутанолом, применяется его аналог (такого же цвета): трансмиссионное (красное) масло от автоматической коробки передач (ATF) и ацетон в соотношении 1:1. Цвет похожий, эффективность тоже.

И что же из всего этого следует ?

А из всего этого следует то, что если жидкость (какой-нибудь растворитель) имеет поверхностное натяжение меньше чем вода, то она будет лучше смачивать ржавчину и быстрее проникать в поры и капилляры, чем водный раствор какой-нибудь кислоты. Проникать-то он будет лучше, но разрушить или ослабить связи между оксидными слоями никак не сможет. Вырисовываются следующие наблюдения:

1) WD-40, и всевозможные «жидкие ключи» (англ. liquid wrench) — представляют из себя обычные углеводороды и близкие к ним компоненты, обладающие низким поверхностным натяжением и способные хорошо смачивать пористые оксиды и проникать в их капилляры.

Эти, как правило нефтепродукты, отлично впитываются нитями резьбы и обеспечивают смазку. Только смазку, потому что сами по себе все компоненты инертны и не оказывают какого-либо заметного действия на ржавчину. От слова вообще. Поэтому лучше всего их использовать после/совместно с методами разрушения оксидных слоев описанными в статье. Печаль в том, что даже признанные RUST REMOVER-ы ничего что действительно бы ржавчину разъедало и отлично проникало не содержат

2) Всякие PB-Blaster-ы, Rust buster-ы и Rust dissolver-ы заявленные как растворители ржавчины, действительно ржавчину химически растворяют. Как правило в их составе имеется и компонент, снижающий поверхностное натяжение и дающий легкий смазывающий эффект. Но этот эффект является глубоко вторичным.

Растворители ржавчины изнутри

Как можно заметить, используются все те же ядреные неорганические кислоты и спирты для придания им нужной подвижности и снижения поверхностного натяжения. + в некоторых случаях ингибиторы коррозии. Т.е. теоретически, каждый опытным путем может приготовить свой собственный растворитель ржавчины, смешивая любимую (=доступную) неорганическую кислоту со спиртом (имеющимся в доступности).

Важно: все описанные в статье химические способы разрушения и преобразования ржавчины могут быть использованы не только для растворения «закисшей» резьбы на болтах, но и при антикоррозионной обработке металла (железо/сталь/чугун) любой формы, а также при удалении ржавых разводов на сантехнике и т.п.

Ну и на закуску хотелось бы предложить такой факт. В последнее время, в связи со стремлением производителей химических составов соответствовать концепциям зеленой химии, постоянно идут поиски новых, более экологичных и биоразлагаемых компонентов. Не остались в стороне и всевозможные растворители и преобразователи ржавчины. Последний тренд — использование в качества преобразующего компонента (вместо привычной уже фосфорной кислоты и фосфата железа, например) органических соединений фенольной природы — таннинов. Дубильное действие этих веществ превращает красноватые оксиды железа в голубовато-черный устойчивый таннат. Вот вам и место, куда можно приложить вяжущую хурму с ее дубильными веществами :). Да и вообще, теоретически, вполне себе вариант заржавевшее дно любимого автомобиля, вместо токсичных неорганических кислот обрабатывать крепким настоем зеленого чая…