Индийское исследование раскрывает механизм коррозионной стойкости древнего железа Агария

Репортаж от Wedoany，Исследование древнего индийского процесса производства железа выявило сложный механизм, обеспечивающий исключительную коррозионную стойкость железа, произведённого традиционными методами. В ходе исследования были проанализированы образцы железа, изготовленные по традиционной технологии племени Агария (Agaria) из штата Чхаттисгарх (Chhattisgarh) в центральной Индии. Было установлено, что их коррозионная стойкость обусловлена совокупным действием множества факторов, включая руду, шлак, поверхностные минеральные фазы, процессы окисления и горячую ковку, а не одной единственной причиной.

Проанализированные образцы были получены в Амадандхе (Aamadandh), округ Корба (Korba) штата Чхаттисгарх, от представителей племени Агария. Исследовательская группа также собрала руду и шлак из того же региона, чтобы сравнить конечное железное изделие с исходными материалами, использованными в процессе его производства. Технология производства железа с помощью сыродутной печи (bloomery), используемая народом Агария, могла существовать ещё до 1200 года нашей эры. В отличие от доменных печей, такие печи производят губчатое железо, смешанное со шлаком, которое требует последующей ручной обработки. Традиционная печь имеет чашеобразную форму, часто строится под землёй; высота печной ямы составляет около 800 мм, диаметр — около 200 мм, ось печи находится ниже отметки 600 мм, диаметр чашеобразного горна — около 240 мм, глубина — около 100 мм. В процессе производства с помощью подачи воздуха поддерживается температура около 1150°C, и на производство одного килограмма железа требуется от 5 до 6 часов.

После первоначального производства губчатое железо подвергается ковке. Горячая ковка помогает уплотнить металлическую массу, уменьшить пористость и удалить часть шлака. Сравнение с помощью нейтронной томографии показало, что после ковки внутренние поры в железе консолидируются, количество включений уменьшается, и образуется более толстая пассивирующая коррозионная плёнка. Исследование предполагает, что этот более толстый защитный слой является одним из ключевых факторов, объясняющих его превосходную коррозионную стойкость.

Одним из ключевых открытий исследования является наличие на поверхности железа толстого слоя продуктов коррозии. Этот слой не только свидетельствует о деградации, но и служит защитным барьером, препятствующим распространению коррозии вглубь. Микроскопический анализ показал наличие трещин шириной от 4 до 5 микрон в поверхностной плёнке, однако в областях с более толстым слоем трещин было меньше. Образование чешуек на поверхности связано с атмосферной коррозией. С помощью анализа методом рентгеновской дифракции под скользящим углом было установлено, что основными компонентами коррозионного слоя являются гематит (Fe2O3), кварц (SiO2) и кальцит (CaCO3) с массовыми долями 70%, 19% и 11% соответственно. Гематит является наиболее стабильной фазой среди наблюдаемых оксидов железа с энергией образования -744,4 ± 1,3 кДж моль⁻¹; маггемит также был идентифицирован как нестабильная фаза с энергией образования -731,4 ± 2,0 кДж моль⁻¹ (298 K, давление 1 бар). Нейтронно-дифракционный анализ также выявил внутри образца около 92% железа, 1,1% Fe3O4 и 1,7% Fe3C, а также обнаружил фазы, которые ещё не были полностью идентифицированы, с соответствующими неклассифицированными пиками при углах 40,62°, 42,38°, 64,49°, 76,86°, 96,73° и 115,34°.

Что касается механизма коррозионной стойкости, исследование исключило роль фосфора. Во многих обсуждениях древних индийских железных изделий (таких как знаменитая Делийская колонна) фосфор считается одним из факторов, препятствующих коррозии. Однако в проанализированных образцах Агария фосфор не был обнаружен ни в железе, ни в коррозионном слое в пределах чувствительности используемых методов. Это указывает на то, что механизмы коррозионной стойкости различных древних железных изделий различаются, и защита данного образца в основном обеспечивается защитным слоем, образованным оксидами и минеральными соединениями, процессом горячей ковки и консолидированной структурой материала.

Источник кальция также был прослежен. Анализ показал, что руда не содержит кальция, поэтому исследователи предположили, что кальций мог попасть из глины, использованной для постройки печи, угольной пыли или из глиняной бамбуковой платформы, используемой для загрузки шихты в печь. Это указывает на то, что стойкость железа зависит не только от руды, но и тесно связана с условиями производственного процесса и вспомогательными материалами.

В выводах исследования подчёркивается, что не всё древнее железо превосходит современную сталь. Железо, произведённое по традиционным технологиям, может образовывать эффективный защитный слой от коррозии, но его не следует путать с нержавеющей сталью, содержащей хром. Основной вклад исследования заключается в том, что оно показывает, как древняя металлургия, не полагаясь на современные инструменты промышленного контроля, могла создавать материалы с превосходными свойствами благодаря сложному сочетанию процессов (богатая оксидом железа руда, шлак, горячая ковка, уменьшение пористости и формирование защитной плёнки).

Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports под названием «Uncovering the superior corrosion resistance of iron made via ancient Indian iron-making practice» (Раскрытие превосходной коррозионной стойкости железа, изготовленного по древней индийской практике производства железа).

Данный материал скомпилирован платформой Wedoany. При цитировании материалов, созданных с помощью искусственного интеллекта (ИИ), необходимо обязательно указывать источник — «Wedoany». В случае выявления нарушения прав или иных проблем просим своевременно информировать нас. Сайт оперативно внесёт изменения или удалит материал.Электронная почта: news@wedoany.com