Korozja miedzi i jej stopów: przyczyny i rozwiązania

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Miedź i stopy miedzi mają wysoką przewodność elektryczną i cieplną, mogą być obrabiane mechanicznie, mają dobrą odporność na korozję, dzięki czemu są aktywnie wykorzystywane w wielu gałęziach przemysłu. Ale kiedy wejdzie w określone środowisko, nadal ujawnia się korozja miedzi i jej stopów. Co to jest i jak chronić produkty przed uszkodzeniem, rozważymy w tym artykule.

Co to jest korozja

Jest to niszczenie metali w wyniku kontaktu ze środowiskiem. W krajach o dobrze rozwiniętym przemyśle szkody spowodowane korozją wynoszą 4–5% dochodu narodowego. Niszczą się nie tylko metale, ale również mechanizmy i części z nich wykonane, co prowadzi do bardzo wysokich kosztów. Skorodowane rurociągi często przepuszczają szkodliwe chemikalia, powodując zanieczyszczenie gleby, wody i powietrza. Wszystko to niekorzystnie wpływa na zdrowie ludzi. Korozja miedzi to jej samoistne niszczenie pod wpływem poszczególnych elementów środowiska człowieka. Przyczyną uszkodzenia metalu jest niestabilnośćto do poszczególnych substancji w powietrzu. Im wyższa temperatura, tym wyższa szybkość korozji.

Właściwości miedzi

Miedź to pierwszy metal, którego zaczął używać człowiek. Ma złoty kolor, aw powietrzu pokrywa się warstwą tlenku i nabiera czerwono-żółtego koloru, co odróżnia go od innych metali o szarym odcieniu. Jest bardzo plastyczny, ma wysoką przewodność cieplną, jest uważany za doskonały przewodnik, ustępując tylko srebru. W słabym kwasie solnym, wodzie słodkiej i morskiej korozja miedzi jest znikoma.

Na wolnym powietrzu metal utlenia się, tworząc warstwę tlenku, która chroni metal. Z biegiem czasu ciemnieje i staje się brązowy. Warstwa pokrywająca miedź nazywana jest patyną. Zmienia kolor z brązowawego na zielony, a nawet czarny.

Korozja elektrochemiczna

Jest to najczęstszy rodzaj niszczenia produktów metalowych. Korozja elektrochemiczna niszczy części maszyn, różne konstrukcje znajdujące się w gruncie, wodę, atmosferę, płyny smarujące i chłodzące. Jest to uszkodzenie powierzchni metali pod wpływem prądu elektrycznego, gdy podczas reakcji chemicznej elektrony są uwalniane i przenoszone z katod na anody. Ułatwia to niejednorodna struktura chemiczna metali. Kiedy miedź styka się z żelazem, w elektrolicie pojawia się ogniwo galwaniczne, gdzie żelazo staje się anodą, a miedź katodą, ponieważ żelazo w szeregu napięć zgodnie z układem okresowym jest na lewo od miedzi i jest bardziej aktywne.

W parze żelaza z miedzią korozja żelaza zachodzi szybciej niż miedź. Dzieje się tak dlatego, że gdy żelazo ulega zniszczeniu, elektrony z niego przechodzą do miedzi, która pozostaje chroniona, dopóki cała warstwa żelaza nie zostanie całkowicie zniszczona. Ta właściwość jest często używana do ochrony części i mechanizmów.

Wpływ zanieczyszczeń na degradację metali

Wiadomo, że czyste metale praktycznie nie korodują. Ale w praktyce wszystkie materiały zawierają pewną ilość zanieczyszczeń. Jak wpływają na bezpieczeństwo podczas eksploatacji produktów? Załóżmy, że część składa się z dwóch metali. Zastanów się, jak zachodzi korozja miedzi z aluminium. Pod wpływem powietrza jego powierzchnia pokryta jest cienką warstwą wody. Należy zauważyć, że woda rozkłada się na jony wodorowe i wodorotlenowe, a rozpuszczony w wodzie dwutlenek węgla tworzy kwas węglowy. Okazuje się, że zanurzone w roztworze miedź i aluminium tworzą ogniwo galwaniczne. Co więcej, aluminium jest anodą, miedź katodą (aluminium znajduje się na lewo od miedzi w szeregu napięciowym).

Jony glinu wchodzą do roztworu, a nadmiar elektronów przechodzi do miedzi, wyładowując jony wodorowe w pobliżu jego powierzchni. Jony glinu i tony wodorotlenowe łączą się i osadzają na powierzchni aluminium jako biała substancja, powodując korozję.

Korozja miedzi w środowisku kwaśnym

Miedź wykazuje dobrą odporność na korozję w każdych warunkach, ponieważ rzadko wypiera wodór, ponieważ znajduje się w szeregu napięć elektrochemicznychstoi w pobliżu metali szlachetnych. Powszechne stosowanie miedzi w przemyśle chemicznym wynika z jej odporności na wiele agresywnych mediów organicznych:

• azotany i siarczki;
• żywice fenolowe;
• kwas octowy, mlekowy, cytrynowy i szczawiowy;
• wodorotlenki potasu i sodu;
• słabe roztwory kwasu siarkowego i solnego.

Z drugiej strony, silne niszczenie miedzi występuje w:

• kwaśne roztwory soli chromu;
• kwasy mineralne - nadchlorowy i azotowy, a korozja wzrasta wraz ze wzrostem stężenia.
• stężony kwas siarkowy, wzrastający wraz ze wzrostem temperatury;
• wodorotlenek amonu;
• sole utleniające.

Metody konserwacji metalu

Praktycznie wszystkie metale w medium gazowym lub ciekłym ulegają zniszczeniu powierzchni. Głównym sposobem ochrony miedzi przed korozją jest nałożenie warstwy ochronnej na powierzchnię produktów, składającej się z:

• Metal - na miedzianą powierzchnię produktu nakładana jest warstwa metalu, która jest bardziej odporna na korozję. Na przykład stosuje się mosiądz, cynk, chrom i nikiel. W takim przypadku nastąpi kontakt z otoczeniem i utlenienie metalu użytego do powłoki. Jeśli warstwa ochronna jest częściowo uszkodzona, to metal nieszlachetny, miedź, ulega zniszczeniu.
• Substancje niemetaliczne to powłoki nieorganiczne składające się z masy szklistej, zaprawy cementowej lub organicznej - farb, lakierów, bitumu.
• Chemicznefolie - ochrona powstaje metodą chemiczną, tworząc na powierzchni metalu związki, które niezawodnie chronią miedź przed korozją. W tym celu stosuje się folie tlenkowe, fosforanowe lub powierzchnię stopów nasyca się azotem, substancjami organicznymi lub traktuje węglem, którego związki niezawodnie ją zachowują.

Ponadto do składu stopów miedzi wprowadzany jest składnik stopowy, który poprawia właściwości antykorozyjne lub zmienia się skład środowiska, usuwając z niego zanieczyszczenia i wprowadzając inhibitory spowalniające reakcję.

Wniosek

Miedź nie jest pierwiastkiem aktywnym chemicznie, dlatego jej niszczenie jest bardzo powolne w prawie każdym środowisku. W związku z tym znajduje szerokie zastosowanie w wielu sektorach gospodarki narodowej. Na przykład metal jest bardzo stabilny w czystej wodzie słodkiej i morskiej. Jednak wraz ze wzrostem zawartości tlenu lub przyspieszeniem przepływu wody zmniejsza się odporność na korozję.