Станислас Сорель

Станислас Сорель (фр. Stanislas Sorel; 1803, Париж — 18 сентября 1871, Париж) — французский инженер, химик и изобретатель, наиболее известный разработкой метода горячего цинкования для защиты стали от коррозии, а также созданием гальванического элемента Сореля (сухого элемента) и цемента Сореля (магнезиального вяжущего вещества).

Биография

Ранние годы и обучение

Станислас Сорель родился в 1803 году в Париже. Точная дата его рождения не установлена. Получил инженерное и химическое образование, с ранних лет проявлял интерес к прикладной металлургии и электромеханике. Начало его профессиональной деятельности пришлось на период промышленной революции во Франции, когда остро стояла проблема защиты металлоконструкций и изделий от коррозии.

Основные изобретения

Первый крупный патент Сорель получил 10 мая 1837 года на способ нанесения на железо защитного покрытия из расплавленного цинка. Этот метод, получивший название горячее цинкование (или цинкование по способу Сореля), предусматривал погружение предварительно очищенных и протравленных стальных изделий в ванну с расплавленным цинком при температуре около 450 °C. Изобретение было коммерчески успешным и быстро распространилось в Европе, хотя первые промышленные патентные споры (в частности, с британским изобретателем Уильямом Кроуфордом) затянули его внедрение в Великобритании.

Одновременно Сорель разрабатывал химические источники тока. В 1855 году он представил гальванический элемент, известный как элемент Сореля. Он представлял собой сухой цинк-угольный элемент с электролитом на основе хлорида цинка и хлорида аммония, загущённым крахмалом или мукой. Это был один из первых коммерчески успешных «сухих» источников тока, предшественник современных батарей.

В 1867 году, на Всемирной выставке в Париже, Сорель продемонстрировал новый строительный материал — цемент Сореля (магнезиальный цемент). Он получался смешиванием оксида магния (MgO) с концентрированным раствором хлорида магния (MgCl₂). Этот материал отличался высокой скоростью твердения, хорошей огнеупорностью и устойчивостью к истиранию. Вскоре он нашёл применение при производстве штучных бетонных блоков, искусственного камня и отделочных плит.

Последние годы

Станислас Сорель скончался 18 сентября 1871 года в Париже. Его работы заложили основы нескольких современных промышленных технологий — от гальванизации стали до производства магнезиальных вяжущих.

Изобретения и научные работы

Горячее цинкование (способ Сореля)

Основное изобретение Сореля — горячее цинкование — представляет собой процесс создания цинкового покрытия на поверхности чёрной стали (или чугуна) путём погружения в ванну расплавленного цинка. Технология включает три стадии:

1. Подготовка поверхности: обезжиривание (щёлочь), травление в растворе соляной или серной кислоты, промывка, флюсование (растворы хлорида аммония или хлорида цинка).
2. Цинкование: изделие помещается в ванну с расплавленным цинком при 440–460 °C. На поверхности образуется интерметаллическое железо-цинковое (Fe-Zn) соединение, поверх которого кристаллизуется слой чистого цинка.
3. Охлаждение и инспекция: изделие вынимают, дают стечь излишку цинка и охлаждают. Проверяют на наличие дефектов и толщину покрытия.

Первоначально Сорель предлагал использовать для флюсования нашатырь (хлорид аммония). Метод сразу же был применён для защиты кровельного железа, водопроводных труб и деталей мостов. До XXI века горячее цинкование остаётся одним из основных промышленных способов антикоррозионной защиты стали в строительстве, машиностроении и на транспорте.

Гальванический элемент Сореля

Элемент Сореля (также «сухой элемент Сореля») — вид цинк-угольного сухого элемента, предложенный в 1855 году. Его конструкция включала:

• отрицательный электрод — цинк (Zn);
• положительный электрод — уголь (графит);
• электролит — смесь хлорида цинка (ZnCl₂), хлорида аммония (NH₄Cl) и воды, загущённая мукой или крахмалом до пастообразного состояния, что исключало проливание.

Электродвижущая сила (ЭДС) элемента составляла около 1,5 В. Он был удобнее и безопаснее широко распространённого мокрого элемента Даниэля. Хотя элемент Сореля получил распространение в телефонии и сигнализации, он уступал по ёмкости и стабильности напряжения элементам Лекланше (1866), которые впоследствии вытеснили его.

Цемент Сореля (магнезиальный цемент)

Цемент Сореля, или магнезиальный цемент, — неорганическое вяжущее, схватывающееся и твердеющее на воздухе. Рецептура: смесь оксида магния (MgO) (как правило, полученного обжигом доломита или магнезита) и крепкого раствора хлорида магния (MgCl₂·6H₂O концентрации 20–30 °Bé). Твердение происходит с образованием гидратированной оксихлоридной фазы (3MgO·MgCl₂·11H₂O).

Свойства:

• высокая скорость схватывания (до 2–3 часов);
• высокая прочность на сжатие и истирание (в 2–3 раза выше, чем у портландцемента на ранних сроках);
• хорошая сцепляемость с органическими наполнителями (опилки, древесная стружка);
• устойчивость к огню.

Недостаток — низкая водостойкость. Хлорид магния вымывается водой, что делает цемент непригодным для наружных работ без специальной гидрофобизации. В XIX — начале XX века применялся при изготовлении ксилолитовых полов (ксилолит — смесь магнезиального цемента и древесных опилок), бордюров и искусственного мрамора.

Геометрический чертёжный циркуль (спорное авторство)

Некоторые источники приписывают Сорелю усовершенствование чертёжного циркуля-ножки, позволяющего чертить параллельные линии. Однако документальных подтверждений этому в патентных реестрах Франции XIX века не обнаружено.

Историческое значение и влияние

Изобретения Сореля оказали прямое влияние на несколько промышленных отраслей.

• Горячее цинкование считается основным методом пассивной антикоррозионной защитой углеродистой стали до настоящего времени. По данным ассоциации EGGA (European General Galvanizers Association), ежегодно в мире оцинковывается горячим способом более 80 млн тонн стали.
• Цемент Сореля остаётся нишевым, но востребованным материалом в строительстве: из него делают штукатурные смеси для влажных помещений, огнеупорные составы, а также магнезиальные полы и плиты (MGO — magnesium oxide boards), используемые как альтернатива гипсокартону и цементно-стружечным плитам в странах с высокими строительными нормами (Китай, США, Россия).

Однако в отличие от таких современников, как Антуан Беккерель (электрохимия) и Джозеф Монье (железобетон), Сорель не основал крупной промышленной империи и не получил широкой общественной известности. Его технические решения вошли в инженерную практику безымянно, под названиями «оцинковка» и «магнезиальный цемент».

Критика и дискуссии

Вопрос персонального авторства горячего цинкования остаётся спорным. За несколько лет до патента Сореля похожие опыты проводил французский химик Жан Батист Лефевр, а английский инженер Уильям Кроуфорд в 1834 году запатентовал процесс нанесения покрытия из олова, свинца или цинка путём горячего погружения. Однако именно Сорель впервые дал полное описание технологической цепочки (включая травление соляной кислотой и флюсование), что позволило наладить крупносерийное производство. Британские суды в 1840-х годах отклонили иск Кроуфорда о нарушении его патента, указав на существенное отличие рецептуры флюса и температурного режима.

Цемент Сореля также критиковался за низкую стойкость к влаге. Середина XX века ознаменовалась рядом исследований (в СССР такие работы проводились в НИИ стройматериалов), направленных на повышение гидрофобности магнезиальных вяжущих. Модификации на основе суперпластификаторов и добавок полимера (например, сополимеров акрилата) улучшили водостойкость, но не решили проблему полностью.

Интересные факты

• Несмотря на то, что элемент Сореля не получил широкого распространения, его принцип (загущение электролита) позднее использовал Жорж Лекланше в своём марганцево-цинковом элементе, который стал основой безжидкостных батарей 1870–1920 годов.
• Магнезиальный цемент Сореля использовался при строительстве некоторых тротуаров Парижа в 1870-х годах, но вскоре был заменён асфальтом и бетоном из-за разрушения в дождливую погоду.
• Во французской патентной системе XIX века патенты на изобретения выдавались без предварительной экспертизы новизны, что допускало появление двойных патентов и длительные суды.

Источники

• Bibliothèque nationale de France. Brevet d’invention n° 5032 (10 mai 1837). «Moyen de préserver le fer de l’oxidation par le zinc fondu».
• Sorel, S. (1867). Notice sur le ciment magnésien. Comptes rendus de l’Académie des sciences, Paris.
• M. B. Костенко. Магнезиальные вяжущие вещества (1975). Изд-во «Стройматериалы».
• A. Delaunay. Les métaux dans l’industrie au XIXe siècle (2010). Presses Universitaires de France.
• European General Galvanizers Association. Statistics and Technical Papers (2020–2023).