Коррозия меди: причины ржавления и способы защиты

Коррозия меди — это процесс спонтанного разрушения данного металла в результате различных видов воздействия окружающей среды. Здесь нельзя применить такое понятие, как ржавление, которое привычно для описания данного процесса с железом. Причиной коррозии любых металлов служит термодинамическая неустойчивость материала к воздействию активных веществ, находящихся в воздухе. Скорость коррозии меди напрямую зависит от изменения температуры. При увеличении температуры на 100 °С темпы протекания реакции возрастают в несколько раз.

Свойства меди

Медь — это переходный элемент с ярко выраженными пластическими свойствами. Имеет золотистый цвет, а при отсутствии оксидной пленки — с добавлением розового. Это первый металл, который начал использовать человек. Латинское наименование элемента Cuprum (древн. Aes cuprium, Aes cyprium) произошло от названия острова Кипр, где в древности медь добывалась. Второе название — Aes, в переводе с латыни означает «руда» или «рудник».

  • На воздухе металл покрывается оксидной пленкой, которая придает ему отличительный красно-желтый цвет. Медь вместе с золотом, осмием и цезием имеет преимущественно яркую окраску, что отличает их от других металлов, имеющих серебристый или серый цвет. Этот металл имеет высокую теплопроводность, а по электропроводности уступает только серебру.
  • Медь характеризуется высокими коррозионными качествами и не реагирует с водой и разбавленной соляной кислотой. Окисляется «царской водкой», галогенами, кислородом. На воздухе с повышенным содержанием влаги металл окисляется и образует карбонат меди, который составляет верхний слой патины. Процесс образования защитной оксидной пленки на открытом воздухе длителен и может продолжаться несколько лет. В результате этого поверхность металла темнеет и приобретает коричневатый оттенок. После образования пленки на металле появляются соли меди, имеющие зеленоватую окраску. Оксид меди и соли называется патиной. Цвет ее изменяется от коричневатого до зеленого и черного и зависит от многих внешних факторов. Патина нейтральна к меди и наделена защитными и декоративными свойствами.
  • Имея низкое удельное сопротивление, этот металл широко используется в электротехнике. Из него делают проволоку, идущую на изготовление обмоток электродвигателей. Листовой материал идет на изготовление различных элементов электрических аппаратов. Наличие в составе металла даже небольшого количества примесей значительно снижает его электропроводность.
  • Медь используется для производства сплавов. На ее основе изготовляются латунь, бронза, дюралюминий и др. Благодаря высоким антикоррозионным характеристикам они широко используются для плакировки металлов с целью уменьшения коррозионного износа.

Коррозионные свойства

Поскольку материал не является химически активным элементом, коррозия меди практически не происходит при взаимодействии с воздухом, пресной и морской водой.

В сухом воздухе образуется тонкая оксидная пленка, толщина которой составляет около 50 нм. В пресной воде скорость коррозии металла составляет 0,05–0,25 мм/год. Однако при содержании в жидкости аммиака, сероводорода, хлоридов и некоторых других примесей интенсивность коррозионного процесса возрастает.

В морской воде коррозия меди незначительна, и интенсивность ее соизмерима с разрушением в пресной. Однако при увеличении скорости движения среды возникает ударная коррозия, что приводит к повышению скорости процесса. Коррозия меди существенно зависит от температуры, и при возрастании последней скорость разрушения увеличивается.

Медь является единственным материалом, который не подвержен обрастанию водорослями, так как ее ионы губительно действуют на них. В почве, насыщенной микроорганизмами, скорость коррозионных процессов заметно возрастает. Интенсивность их протекания напрямую зависит от pH грунта. Чем больше отклонение значения показателя от нейтрального, тем быстрее происходит коррозия металла. Влияние микроорганизмов на процесс разрушения обуславливается выделением сероводорода в результате их жизнедеятельности.

Продукты почвенной коррозии элемента отличаются от атмосферной, имеют более сложный состав и структуру.

При очень длительном нахождении медных предметов в почве они превращаются в рыхлую массу светло-зеленого цвета, при непродолжительном — покрываются незначительным слоем патины, которая легко удаляется при очистке.

Коррозия меди, покрытой слоем олова (луженой), практически отсутствует. При качественном лужении она прекрасно служит под воздействием града и снега, становится нечувствительной к перепаду температур. Срок службы таких материалов составляет около 100 лет. При этом не теряются первоначальные свойства. Со временем цвет не изменяется, а остается первоначальным — серебристо-металлическим. Луженая медь прекрасно показала себя в качестве кровельного материала. Ведь не зря купола многих храмов покрывают именно этим материалом.

Из-за высокой коррозионной устойчивости к воздействию многих агрессивных сред медь нашла широкое применение в химической промышленности.

В гальванической паре она является катодом для большинства металлов и сплавов и в результате электрохимических процессов при контакте с ними вызывает их ускоренную коррозию.

Рекомендуем:  Чем обработать стропила и обрешетку крыши

Эффективные методы очистки меди

Провести чистку медных предметов несложно, для этого не понадобятся дорогостоящие средства. Вот самые популярные методики, применяемые в домашних условиях:

  1. Кетчуп. Взять немного томатного кетчупа, смазать им изделие, оставить на две минуты. После ополоснуть струей воды.
  2. Раствор для мытья посуды. Намылить хозяйственную губку обычным средством для посуды, тщательно протереть поверхность, смыть водой. Этот способ лучше всего подходит для изделий, которые лишь немного потускнели.
  3. Лимон. Натереть медную поверхность долькой лимона, после пройтись по ней щеткой с жесткими ворсинками и помыть водой.
  4. Уксус и мука. Влить в чашку немного уксуса, добавить муку до получения теста средней густоты. Смазать медь тестом, оставить до высыхания, потом удалить остатки, а изделие натереть мягкой тряпочкой.
  5. Уксус и соль. Налить в кастрюлю из нержавеющей стали уксус 9%!, всыпать немного соли, дать закипеть. Огонь выключить, в раствор положить медный предмет, не убирать его до остывания жидкости. Этот способ подходит для сильно загрязненных поверхностей.

Защищаем изделия из меди

Для сохранения красноватого оттенка изделия из красной меди необходимо покрыть его специальным лаком, чтобы избежать окисления.

На воздухе медь сначала становится коричневой, а затем образуется ее зеленоватая окись, которую необходимо растворить, поскольку эта патина консервирует скрывающуюся под ней медь.

В настоящее время, в связи с появлением новых источников загрязнения окружающей среды, в воздухе все больше появляется растворимых солей меди. Они выпадают вместе с осадками и загрязняют фасады зданий. Для предотвращения этого имеются различные консервирующие составы, которые наносятся на хорошо очищенную поверхность изделия.

Для очистки медного изделия лучше всего использовать 10%!й спиртовой раствор соляной кислоты. Он наносится на поверхность меди, затем его нужно основательно располировать сукном до полного блеска, после чего изделие промывают чистой водой.

Внимание! Соляная кислота очень едкая, поэтому берегите глаза, работайте в защитных очках и резиновых перчатках. Наливайте раствор только в кислотоупорный сосуд -обычные металлические сосуды кислота разъедает. Остатки неиспользованного раствора необходимо выбросить в специальный мусоросборник. После того как медь просохнет, ее можно покрыть защитным слоем. Рекомендуем для этой цели двухкомпонентный акриловый лак, который используется для покраски автомобилей. Этот лак бесцветен и отлично ложится на медь (правда, он сравнительно дорог). В зависимости от вида лак разводится в пропорции 2:1 или 3:1 плюс 10-15%!разбавителя.

Двухкомпонентные ак-риловые лаки быстро сохнут. Если использовать «замедленный» отвердитель, процесс высыхания можно растянуть. Менее стойки однокомпонентные акриловые лаки. Для изделий, находящихся во внутренних помещениях, можно использовать комбинированный нитролак (например, «Zapon-лак»). Популярный алкидный лак (так называемый лак на искусственных смолах) непригоден для этой цели, так как, соединяясь с медью, он дает соль зеленого цвета. Прочность лакового покрытия во многом зависит от толщины защитного слоя. По этому надо наносить как минимум три слоя с промежутком в один день.

1. Медь обладает свойством изменять цвет. При появлении зеленых пятен патины необходимо очистить изделие и покрыть его защитным лаком. Только в этом случае возможно сохранить естественный цвет меди.

2. Очистить поверхность медного изделия 10%!м спиртовым раствором соляной кислоты. Работать только в резиновых перчатках.

3. Отполировать поверхность до металлического блеска тряпкой из искусственного волокна. Промыть водой и дать просохнуть.

4. Для консервации покрыть поверхность медного изделия двухкомпонентным бесцветным акриловым лаком.

Рекомендуем:  Обзор пропиток для деревянной мебели

Инструменты:

Губка, полировальная тряпка, кисть, валик или разбрызгиватель (пистолет), защитные очки и перчатки.

Коррозия меди

Коррозия меди – это ее разрушение под воздействием окружающей среды.

Медь и ее сплавы нашли широкое применение во многих отраслях промышленности. Это связано с высокой коррозионной стойкостью данного металла, теплопроводностью, электропроводностью. Медь отлично обрабатывается механически, паяется.

Значительная коррозия меди наблюдается в окислительных кислотах, аэрированных растворах, которые содержат NH 4+ , CN — и другие ионы, способные с медью образовывать комплексы.

Коррозия меди в воде

Скорость коррозии меди в воде во многом зависит от наличия на поверхности оксидных пленок.

В быстро движущихся водных растворах и воде медь подвергается такому виду разрушения, как ударная коррозия. Скорость протекания ударной коррозии меди сильно зависит от количества растворенного кислорода. Если вода сильно аэрирована – ударная коррозия меди протекает интенсивно, если же обескислорожена – разрушение незначительно. Коррозия меди в аэрированной воде усиливается с уменьшением рН, увеличением концентрации ионов хлора. Скорость коррозии меди в воде зависит от климатической зоны. В тропиках скорость разрушения несколько выше.

Особенностью меди, омываемой морской водой, можно считать то, что она является одним из немногих металлов, которые не подвержены обрастанию микроорганизмами. Ионы меди для них губительны.

С чистой меди очень часто изготавливают трубопроводы для подачи в дома воды. Они надежны, служат очень долгое время. При наличии в воде растворенной угольной и других кислот медь понемногу корродирует, а продукты коррозии меди окрашивают сантехническое оборудование. Если вода, проходящая через медные трубы контактирует с железом, алюминием или оцинкованной сталью – то коррозию этих металлов значительно усиливается. Ионы меди осаждаются на поверхности этих металлов, образуя коррозионные гальванические элементы.

Чтоб исключить вредное влияние воды с медных труб на другие металлы используют луженую медь. Внутреннюю часть медного трубопровода покрывают оловом. Оловянное покрытие должно быть безпористым, во избежание возникновения гальванического элемента (олово по отношению к меди является катодом).

Коррозия луженой меди

Луженая медь отличается превосходной коррозионной стойкостью. Луженая медь отлично служит даже под воздействием дождя, града, снега, не чувствительна к перепаду температуры окружающей среды. Атмосферная коррозия луженой меди весьма незначительна. Оловянное покрытие по отношению к меди является анодом, т.к. имеет более электроотрицательный потенциал. Если на нем нет никаких изъянов (пор, трещин, царапин), через которые медь контактирует с атмосферой – оно прослужит очень долго. Если же дефекты покрытия присутствуют – атмосферная коррозия луженой меди протекает по следующим реакциям:

А: Sn — 2e→ Sn 2+ — окисление олова;

К: 2 H2О + O2 + 4e → 4 OH — — восстановление меди.

Качественное оловянное покрытие продлевает срок службы луженой меди до 100 лет и более.

Атмосферная коррозия меди

В атмосферных условиях медь отличается высокой коррозионной стойкостью. На сухом воздухе поверхность меди почти не меняется. А при контакте с влажным воздухом образуется нерастворимая пленка, состоящая с продуктов коррозии меди типа CuCO3•Cu(OH)2.

В зависимости от состава среды и еще многих факторов на медной поверхности в атмосфере сначала образуется очень тонкая защитная пленка, состоящая с оксидов меди и ее чистой закиси. Время образования этой пленки может достигать нескольких лет. Поверхность немного темнеет, становится коричневатой. Иногда пленка может быть почти черного цвета (во многом зависит от состава коррозионной среды). После образования оксидного слоя на поверхности начинают скапливаться соли меди, имеющие зеленоватый оттенок. Образующийся оксид меди и соли называют еще патиной. Цвет патины колеблется от светло коричневого, до черного и зеленого. Зависит от качества обработки поверхности, состава самого металла и среды, времени контакта с коррозионной средой (от внутренних и внешних факторов). Закись меди – красно-коричневого цвета, окись – черного. Голубые, зеленые, синие и другие оттенки патины обуславливаются различными медными минералами (сульфаты, карбонаты, хлориды и др.). Патина по отношению к основному металлу нейтральна, т.е. не оказывает на медь вредного влияния (кроме хлористой меди). Соли и оксиды, формирующие патину, нерастворимы в воде и обладают естественными декоративными, защитными свойствами по отношению к поверхности меди.

Рекомендуем:  16 способов избавиться от плесени в квартире или доме

Присутствие во влажном воздухе углекислого газа приводит к образованию на поверхности смеси, которую еще называют малахитом. Сульфиды, хлориды, находящиеся в воздухе, разрушают малахит. Это ускоряет атмосферную коррозию меди.

Коррозия меди в почве

Коррозия меди в почве сильно зависит от значения рН грунта. Чем грунт щелочнее либо кислее, тем быстрее проходит коррозия меди в почве. Менее сильное влияние оказывает аэрация, влажность грунта. При сильном насыщении почвы микроорганизмами усиливается коррозия меди и ее сплавов. Это объясняется тем, что некоторые из них в процессе своей жизнедеятельности вырабатывают сероводород, который разрушает защитную оксидную пленку.

Продукты почвенной коррозии меди и ее сплавов по составу более сложны, чем при атмосферной коррозии и отличаются слоистой структурой.

Если медное изделие пролежало в почве очень долгое время – оно могло полностью превратиться в рыхлую светло-зеленую массу, состоящую с продуктов коррозии меди. При недолгом нахождении изделия в почве может наблюдаться только небольшой слой патины, который легко снять механически.

Медь устойчива в таких средах:

— горячая и холодная пресная вода;

— в определенных условиях, находясь в контакте с галогенами;

— неокислительных кислотах, горячих и холодных деаэрированных разбавленных растворах H3PO4, H2SO4, уксусной кислоты.

Медь неустойчива в таких средах:

— сера, сероводород, некоторые другие соединения серы;

— окислительные кислоты, аэрированные неокислительные (также угольная), горячий, холодный концентрат H2SO4,

— растворы окислительных солей тяжелых металлов (Fe2(SO4)3, FeCl3);

— аэрированных водах, водных растворах быстро движущихся, агрессивных водах (с низким содержанием ионов магния, кальция, высоким – кислорода, углекислого газа);

— амины, NH4OH (содержащим кислород).

Коррозийные свойства меди

Медь – металл с высокими пластическими свойствами, имеющий красно-золотистый цвет, а после удаления оксидной пленки – чуть розоватый. По электропроводности он уступает лишь серебру, также характеризуется высокой теплопроводностью. Благодаря низкому удельному сопротивлению медь применяется в электротехнике: идет на изготовление медных пластинок, проволоки, обмотки двигателей.

Из-за высоких антикоррозионных качеств металл включается в сплавы для улучшения их технических характеристик (бронза, латунь и другие). В гальванической среде медь становится катодом, вступает в электрохимические процессы и вызывает ускоренное ржавление прочих металлов.

Медь – неактивный химический элемент, поэтому практически не взаимодействует с воздухом, водой (пресной, морской). Если воздух сухой, на поверхности материала формируется оксидная пленка толщиной до 50 мн. Медное изделие темнеет, становится коричневым или зеленоватым, это называется патиной. В ряде случаев патина воспринимается как декоративное покрытие. Интенсивность коррозии низкая при контакте с разбавленной соляной кислотой, но при реакции с рядом иных кислот, с галогенами, «царской водкой» металл окисляется с образованием карбоната меди.

Способы предохранения нержавейки от МКК

Очистить от ржавчины поверхность порой бывает сложно, особенно при глубоком проникновении дефекта. Разработан ряд методов против межкристаллитной коррозии, вот основные из них:

  1. Отжиг (стабилизирование). Ферритные стали обрабатывают высокими температурами (+750…+900 градусов), за счет чего концентрация хрома на поверхности повышается, при этом распределение элемента становится более равномерным.
  2. Уменьшение содержания углерода. Если концентрация вещества будет менее 0,03%!, то металл станет практически не подверженным межкристаллитной коррозии.
  3. Закалка в воде. Этот метод применим для аустенитной стали, он помогает карбидам хрома перейти в более подходящую форму и сконцентрироваться на границах зерен металла.

Чтобы убрать у нержавейки склонность к МКК, в нее вводят и новые добавки: титан, тантал, ниобий, но это приводит к серьезному удорожанию материала. Их количество должно быть в 5-10 раз больше, чем норма углерода, и тогда металл будет не подверженным ржавлению.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: