Coroziunea cuprului și a aliajelor sale: cauze și soluții

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 10:39

Cupru și aliajele de cupru au o conductivitate electrică și termică ridicată, pot fi prelucrate, au o rezistență bună la coroziune, astfel încât sunt utilizate în mod activ în multe industrii. Dar când intră într-un anumit mediu, coroziunea cuprului și a aliajelor sale încă se manifestă. Ce este și cum să protejăm produsele de deteriorare, vom lua în considerare în acest articol.

Ce este coroziunea

Aceasta este distrugerea metalelor ca urmare a expunerii la mediu. În țările cu o industrie bine dezvoltată, daunele cauzate de coroziune reprezintă 4–5% din venitul național. Nu numai metalele se deteriorează, ci și mecanismele și piesele realizate din acestea, ceea ce duce la costuri foarte mari. Conductele corodate scurg adesea substanțe chimice nocive, ceea ce duce la poluarea solului, a apei și a aerului. Toate acestea afectează negativ sănătatea oamenilor. Coroziunea cuprului este distrugerea sa spontană sub influența elementelor individuale ale mediului uman. Cauza deteriorării metalului este instabilitateaaceasta la substanțele individuale din aer. Cu cât temperatura este mai mare, cu atât rata de coroziune este mai mare.

Proprietăți ale cuprului

Cupru este primul metal pe care omul a început să-l folosească. Are o culoare aurie, iar în aer se acoperă cu o peliculă de oxid și capătă o culoare roșu-galben, care o deosebește de alte metale care au o tentă gri. Este foarte plastic, are o conductivitate termică ridicată, este considerat un conductor excelent, al doilea după argint. În acidul clorhidric slab, apa dulce și de mare, coroziunea cuprului este neglijabilă.

În aer liber, metalul se oxidează cu formarea unei pelicule de oxid care protejează metalul. În timp, se întunecă și devine maro. Stratul care acoperă cuprul se numește patina. Își schimbă culoarea de la maro la verde și chiar negru.

Coroziunea electrochimică

Acesta este cel mai frecvent tip de distrugere a produselor metalice. Coroziunea electrochimică distruge piesele mașinii, diverse structuri situate în pământ, apa, atmosferă, lichidele de lubrifiere și de răcire. Aceasta este deteriorarea suprafeței metalelor sub influența unui curent electric, atunci când, în timpul unei reacții chimice, electronii sunt eliberați și transferați de la catozi la anozi. Acest lucru este facilitat de structura chimică eterogenă a metalelor. Când cuprul intră în contact cu fierul, în electrolit apare o celulă galvanică, unde fierul devine anod, iar cuprul devine catod, deoarece fierul din seria tensiunilor conform tabelului periodic este la stânga cuprului și este mai activ.

La o pereche de fier cu cupru, coroziunea fierului are loc mai repede decât cuprul. Acest lucru se datorează faptului că atunci când fierul este distrus, electronii din acesta trec în cupru, care rămâne protejat până când întregul strat de fier este complet distrus. Această proprietate este adesea folosită pentru a proteja piesele și mecanismele.

Efectul impurităților asupra deteriorării metalelor

Se știe că metalele pure practic nu se corodează. Dar, în practică, toate materialele conțin o anumită cantitate de impurități. Cum afectează acestea siguranța în timpul funcționării produselor? Să presupunem că există o parte din două metale. Luați în considerare modul în care are loc coroziunea cuprului cu aluminiu. Când este expus la aer, suprafața sa este acoperită cu o peliculă subțire de apă. Trebuie remarcat faptul că apa se descompune în ioni de hidrogen și ioni de hidroxid, iar dioxidul de carbon dizolvat în apă formează acid carbonic. Se dovedește că cuprul și aluminiul, scufundate într-o soluție, creează o celulă galvanică. Mai mult, aluminiul este anodul, cuprul este catodul (aluminiul este la stânga cuprului în seria de tensiune).

Ionii de aluminiu intră în soluție, iar electronii în exces trec în cupru, descarcând ionii de hidrogen în apropierea suprafeței sale. Ionii de aluminiu și tonurile de hidroxid se combină și se depun pe suprafața aluminiului ca o substanță albă, provocând coroziune.

Coroziunea cuprului în medii acide

Cupru prezintă o rezistență bună la coroziune în toate condițiile, deoarece rareori înlocuiește hidrogenul, deoarece este în seria tensiunii electrochimicese află lângă metale prețioase. Utilizarea pe scară largă a cuprului în industria chimică se datorează rezistenței sale la multe medii organice agresive:

• nitrați și sulfuri;
• rășini fenolice;
• acid acetic, lactic, citric și oxalic;
• hidroxizi de potasiu și sodiu;
• soluții slabe de acid sulfuric și clorhidric.

Pe de altă parte, există o distrugere puternică a cuprului în:

• soluții acide de săruri de crom;
• acizi minerali - percloric și nitric, iar coroziunea crește odată cu creșterea concentrației.
• acid sulfuric concentrat, care crește odată cu creșterea temperaturii;
• hidroxid de amoniu;
• săruri oxidante.

Metode de conservare a metalelor

Practic toate metalele dintr-un mediu gazos sau lichid sunt supuse distrugerii de suprafață. Principala modalitate de a proteja cuprul de coroziune este aplicarea unui strat protector pe suprafața produselor, constând din:

• Metal - pe suprafața de cupru a produsului se aplică un strat de metal, care este mai rezistent la coroziune. De exemplu, alama, zincul, cromul și nichelul sunt folosite ca acestea. În acest caz, contactul cu mediul și oxidarea va avea loc cu metalul folosit pentru acoperire. Dacă stratul de protecție este parțial deteriorat, atunci metalul de bază, cuprul, este distrus.
• Substanțele nemetalice sunt acoperiri anorganice constând din masă vitroasă, mortar de ciment sau organic - vopsele, lacuri, bitum.
• Chimicfilme - protecția se formează printr-o metodă chimică, creând compuși pe suprafața metalului care protejează în mod fiabil cuprul de coroziune. Pentru a face acest lucru, se folosesc filme de oxid, fosfat sau suprafața aliajelor este saturată cu azot, substanțe organice sau tratată cu carbon, ai căror compuși o păstrează în mod fiabil.

În plus, în compoziția aliajelor de cupru se introduce o componentă de aliere care sporește proprietățile anticorozive, sau se modifică compoziția mediului, eliminând impuritățile din acesta și introducând inhibitori care încetinesc reacția.

Concluzie

Cupru nu este un element activ din punct de vedere chimic, din această cauză, distrugerea sa este foarte lentă în aproape orice mediu. Prin urmare, este utilizat pe scară largă în multe sectoare ale economiei naționale. De exemplu, metalul este foarte stabil în apă curată, proaspătă și de mare. Dar pe măsură ce conținutul de oxigen crește sau debitul de apă se accelerează, rezistența la coroziune scade.