Корозія міді та її сплавів: причини і способи вирішення проблеми

Мідь і мідні сплави мають високу електро - і теплопровідність, піддаються механічній обробці, мають гарну стійкість до корозії, тому активно застосовуються в багатьох галузь промисловості. Але при попаданні в певне середовище все-таки проявляється корозія міді та її сплавів. Що це таке і як захистити вироби від псування, розглянемо в цій статті.

Що таке корозія

Це руйнування металів в результаті впливу на них навколишнього середовища. У країнах з добре розвиненою промисловості збиток від корозії становить 4-5% національного доходу. Псуються не тільки метали, але і механізми, і деталі, виготовлені з них, що веде до дуже великих витрат. В результаті іржавіння трубопроводів часто відбувається витік шкідливих хімічних речовин, що призводить до забруднення грунту, води і повітря. Все це згубно позначається на здоров`я людина. Корозія міді є спонтанним її руйнуванням під впливом окремих елементів середовища проживання людина. Причина псування металу полягає в нестійкості його до окремих речовин, що знаходяться в повітрі. Швидкість корозії тим більше, чим вище температура.

Властивості міді

Мідь - це найперший метал, який став використовувати людина. Вона золотистого кольору, а на повітрі покривається оксидною плівкою і набуває червоно-жовтий колір, що відрізняє її від інших металів, що мають сірий відтінок. Вона дуже пластична, має високу теплопровідність, вважається відмінним провідником, поступаючись тільки сріблу. У слабкій соляній кислоті, прісній і морській воді корозія міді незначна.

На відкритому повітрі відбувається окислення металу з утворенням оксидної плівки, що захищає метал. З часом вона темніє і стає коричневого кольору. Шар, що покриває мідь, називають патиною. Він змінює свій колір від коричневого відтінку до зеленого і навіть чорного.

Електрохімічна корозія

Це найпоширеніший вид руйнування металевих виробів. Електрохімічна корозія руйнує деталі машин, різні конструкції, що знаходяться в землі, воді, атмосфері, мастильно-охолоджуючих рідинах. Це пошкодження поверхні металів під впливом електричного струму, коли при хімічній реакції відбувається віддача і перенесення електронів з катодів на аноди. Сприяє цьому неоднорідна хімічна структура металів. При контакті міді з залізом в електроліті виникає гальванічний елемент, де залізо стає анодом, а мідь-катодом, тому що залізо в ряду напруг по таблиці Менделєєва варто лівіше міді і володіє більшою активністю.

У парі заліза з міддю корозія заліза настає швидше, ніж міді. Це відбувається тому, що при руйнуванні заліза електрони від нього переходять до міді, яка залишається захищеною до тих пір, поки повністю не зруйнується весь шар заліза. Цією властивістю часто користуються для захисту деталей і механізмів.

Вплив домішок на псування металів

Відомо, що метали в чистому вигляді практично не піддаються корозії. Але на практиці всі матеріали містять якусь кількість домішок. Як же впливають вони на збереження при експлуатації виробів? Припустимо, що є деталь, виготовлена з двох металів. Розгледіти, як відбувається корозія міді з алюмінієм. При знаходженні на повітрі її поверхня покривається найтоншої плівкою з води. Треба зауважити, що вода розкладається на іони водню і гідроксид-іони, а вуглекислий газ, розчинений у воді, утворює вугільну кислоту. Виходить, що мідь і алюміній, занурені в розчин, створюють гальванічний елемент. Причому алюміній-анод, мідь-катод (алюміній в ряду напруг варто лівіше міді).

Іони алюмінію потрапляють в розчин, а до міді переходять надлишкові електрони, розряджаючи у її поверхні іони водню. Іони алюмінію і гідроксид-тони з`єднуються і відкладаються на поверхні алюмінію у вигляді білої речовини, викликаючи корозію.

Корозія міді в кислих середовищах

Мідь проявляє хорошу стійкість до корозії в будь-яких умовах, так як нечасто витісняє водень, тому що вона в електрохімічному ряду напружень стоїть близько благородних металів. Широке використання міді в хімічній промисловості викликано її стійкістю до багатьох агресивних органічних середовищ:

• нітратів і сульфідів;
• фенольним смолам;
• оцтової, молочної, лимонної і щавлевої кислоти;
• гідроокису калію і натрію;
• слабким розчинів сірчаної і соляної кислоти.

З іншого боку, відзначається сильне руйнування міді в:

• кислих розчинах солей хрому;
• мінеральних кислотах-хлорної і азотної, причому корозія посилюється зі збільшенням концентрації.
• концентрованої сірчаної кислоти, посилюючись при підвищенні температури;
• гідроокису амонію;
• окислюючих солях.

Методи запобігання металу

Практично всі метали в газоподібної або рідкому середовищі піддаються поверхневому руйнуванню. Основним способом захисту міді від корозії є нанесення на поверхню виробів захисного шару, що складається з:

• Металу-на мідну поверхню виробу наноситься шар металу, який більш стійкий до корозії. Наприклад, в якості нього використовують латунь, цинк, хром і нікель. У цьому випадку контакт з навколишнє середовище і окислення відбуватиметься з металом, який використовується для покриття. Якщо захисний шар частково псується, то відбувається руйнування основного металу-міді.
• Неметалевих речовин – це неорганічні покриття, що складаються з склоподібної маси, цементного розчину, або органічні – фарби, лаки, бітум.
• Хімічних плівок-захист утворюють хімічним способом, створюючи на поверхні металу з`єднання, надійно оберігають мідь від корозії. Для цього використовують оксидні, фосфатні плівки або насичують поверхню сплавів азотом, органічними речовинами або обробляють вуглецем, з`єднання якого надійно зберігають її.

Крім цього, до складу мідних сплавів вводять легуючий компонент, який підсилює антикорозійні властивості, або змінюють склад навколишнього середовища, видаляючи з неї домішки і вводячи інгібітори, що уповільнюють перебіг реакції.

Укладення

Мідь не є хімічно активним елементом, через це її руйнування відбувається дуже повільно практично в будь-якому середовищі. Тому вона широко використовується в багатьох галузях народного господарства. Наприклад, метал дуже стійко поводиться в чистій прісній і морській воді. Але при збільшенні вмісту кисню або прискоренні струму води стійкість до корозії падає.