Медь — широко используемый металл, обладающий уникальным сочетанием свойств, таких как ковкость, пластичность и проводимость. Как и любой другой металл, он подвергается процессу разложения или окисления, который включает в себя физические и химические изменения.
Теперь давайте углубимся в коррозию меди.
Медь ржавеет или разъедает?
Коррозия — это естественный процесс, который возникает в результате реакции металлов с атмосферой, химическими веществами или другими специфическими условиями. Это преобразование приводит к другому внешнему виду, а также к изменению механических свойств металла и ослаблению структурной целостности. Медь образует красновато-коричневый слой оксида меди. в ходе электрохимической реакции с окружающей средой.
Ржавчина образуется, когда металлические сплавы, содержащие железо, подвергаются процессу окисления. Однако медь является цветным металлом, то есть не содержит железа. Поскольку содержание железа является предпосылкой для образования ржавчины, медь уж точно не ржавеет, она корродирует или окисляется поскольку молекулы кислорода приземляются на его поверхность и соединяются с атомами меди, образуя оксид меди.
В отличие от оксида железа, оксид меди не распадается со временем. Он образует защитную пленку на поверхности меди, которая постепенно утолщается, пока не превратится в карбонат меди. Этот новый слой материала, названный патина, служит щитом, сохраняющим нетронутую медь внутри. Более того, поврежденная патина восстанавливается сама.
Коррозия меди — медленный процесс, особенно в незагрязненной среде. Таким образом, требуются месяцы или даже годы, чтобы поверхности потускнели и постепенно стали темно-коричневыми или черными и, наконец, приобрели характерный сине-зеленый цвет.
Образование патины может быть форсированным., поскольку для некоторых применений часто требуется определенный вид, в то время как ни у кого нет времени ждать, пока медь приобретет этот вид естественным путем. Это достигается путем обработки медных поверхностей различными химикатами или коррозионными веществами., такие как нитрат железа, тиосульфат натрия и сульфурированный поташ. Используя разные методы и подвергая медь воздействию разных температур и уровней влажности, можно получить различные оттенки и цвета.
Некоторые применения меди наиболее эффективны, когда патина полностью удалена и медь находится в самой чистой форме. Примером этого могут быть медные провода, которые проявляют наибольшую электропроводность без патины. Восковое покрытие, полировка и растворы защитят медь от коррозийных агентов.предотвращая его окисление и потускнение.
Условия, способствующие коррозии меди
Существуют определенные условия, которые способствуют или ускоряют коррозию меди. К ним относятся:
- Воздействие условий окружающей среды, содержащих соленую воду, тепло или кислотные соединения, ухудшает поверхность меди.
- Индуцированные постоянные или переменные токи, протекающие в почве, ускоряют скорость коррозии подземных медных труб.
- Гальваническая коррозия возникает при контакте разнородных металлов с медью. Примером этого является контакт медной трубы со стальной трубой, где различия в электропроводности способствуют коррозии. Самый простой способ предотвратить гальваническое действие — изолировать медь от других металлов.
- Аномально агрессивные почвы могут способствовать коррозии меди, если она содержит высокие концентрации хлоридов, сульфатов, аммиачных соединений и влаги.
- Контакт с большим количеством органических и неорганических кислот разрушает металлическую поверхность меди, удаляя защитную пленку.
- Коррозионная усталость может возникнуть в результате постоянного напряжения, приложенного к пластичным медным металлам. Высокая скорость и турбулентный поток воды внутри медных трубок могут вызвать локальную эрозию и коррозию. Периодическое сжатие и расширение медных трубок вызывает напряжение, которое способствует усталости.
- Повышенные уровни атомов кислорода, присутствующих в окружающей среде, разъедают поверхность металла за счет ускоренного окисления.
Пример коррозии меди – Статуя Свободы, Нью-Йорк
Отличный пример коррозии меди можно увидеть на Статуе Свободы в Нью-Йорке. Возведенная в 1886 году, статуя изначально была блестяще-коричневой, но потребовалось около 10 лет воздействия природной среды у воды в Нью-Йорке, чтобы ее цвет превратился в голубовато-зеленую патину. Еще 15 лет спустя патина полностью раскрылась.
Были даже политики, которые предлагали снова покрасить статую в блестящий коричневый цвет, но, к счастью, широкой публике этот план ни капельки не понравился. Сегодня сине-зеленый вид любим всеми. Некоторые утверждают, что статую следует полировать каждые 50 лет, чтобы каждое поколение могло пережить постепенное потускнение и изменение цвета. Однако эта идея непрактична. Как толщина статуи всего около 2,4 миллиметрачерез несколько циклов он станет слишком тонким, и вскоре статуи не останется.
Коррозия повлияла на первоначальный дизайн статуи, которая представляла собой сочетание железной скелетной конструкции и медной кожи. Между двумя элементами произошла гальваническая коррозия, а электролитом выступила дождевая вода. На железную конструкцию было нанесено цинковое покрытие, а проржавевшие части были заменены нержавеющей сталью.
Для капитальной реставрации потребовалось 8000 квадратных футов медного листа для замены таких деталей, как кровля и факел, а пламя факела было заменено твердой медью и сусальным золотом. Новый факел был предварительно патинирован, чтобы соответствовать остальной части статуи, прежде чем его установили в 1986 году. Искусственная патина сошла за несколько лет, обнажив потускневшую медь. Потребовалось более двадцати лет, чтобы тускло-коричневая медь приобрела собственную патину.
Влияние коррозии на медные сплавы
Медь обычно сочетают с другими металлами, так как это чрезвычайно ковкий и пластичный металлический элемент. Обычные сплавы меди включают бронзу (88% меди, 12% олова) и латунь (66% меди, 34% цинка с некоторыми следами железа и свинца).
Медные сплавы отличаются от чистой меди и корродируют иначе, чем корродирует чистая медь. Медный сплав может изменить цвет, отличный от зеленого, в результате коррозии. Например, латунь приобретает золотисто-коричневый цвет, а бронза может изменить цвет от салатового до темно-коричневого.
Коррозионное поведение медных сплавов варьируется в зависимости от их физических и химических свойств, окружающей среды, напряжения и других факторов.
Медные сплавы демонстрируют исключительную коррозионную стойкость в определенных условиях. Вот несколько примеров:
- Алюминий латунь обладает высокой устойчивостью к ударной коррозии, вызванной высокоскоростной соленой водой.
- Алюминиевая бронза устойчив к химическому воздействию растворов сульфитов.
- Медно-кремниевый сплавы обеспечивают значительную стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением по сравнению с латунью.
- Никель-серебро обеспечивают превосходную защиту от коррозии в результате воздействия пресной и соленой воды.