Bakır, dövülebilir, sünek ve iletken olma gibi benzersiz özelliklerin birleşimine sahip, yaygın olarak kullanılan bir metaldir. Diğer metaller gibi, fiziksel ve kimyasal değişiklikleri içeren bir ayrışma veya oksidasyon sürecine girer.
Şimdi bakır korozyonunu daha derinlemesine inceleyelim.
Bakır Paslanır mı, Paslanır mı?
Korozyon, metallerin atmosferle, kimyasallarla veya diğer özel koşullarla reaksiyona girmesiyle oluşan doğal bir süreçtir. Bu dönüşüm metalin mekanik özelliklerinde değişikliklere ve yapısal bütünlüğün zayıflamasına neden olmakla birlikte farklı bir görünüme de yol açmaktadır. Bakır kırmızımsı kahverengi bir bakır oksit tabakası oluşturur çevre ile elektrokimyasal reaksiyonu sırasında.
Demir içeren metal alaşımları oksidasyon sürecine girdiğinde pas oluşur. Ancak bakır demir içermeyen bir metaldir, yani demir içermez. Demir içeriği pas oluşumunun ön koşulu olduğundan, bakır kesinlikle paslanmaz, paslanır veya oksitlenir Oksijen molekülleri yüzeye inip bakır atomlarıyla birleşerek bakır oksit oluşturur.
Demir oksitten farklı olarak bakır oksit zamanla parçalanmaz. Bakırın yüzeyinde, bakır karbonat haline gelinceye kadar giderek kalınlaşan koruyucu bir film oluşturur. Bu yeni malzeme katmanına, patina, içindeki bozulmamış bakırı koruyan bir kalkan görevi görür. Üstelik zarar gören patina kendini yeniliyor.
Bakır korozyonu, özellikle kirlenmemiş ortamlarda yavaş bir süreçtir. Bu nedenle yüzeylerin kararması, yavaş yavaş koyu kahverengi veya siyaha ve sonunda belirgin bir mavi-yeşil renge dönüşmesi aylar hatta yıllar alır.
Patina oluşumu zorlanabilirBazı uygulamalarda genellikle belirli bir görünüm istenirken, hiç kimsenin bakırın bu görünümü doğal olarak elde etmesini bekleyecek zamanı yoktur. Bu başarıldı bakır yüzeylere çeşitli kimyasallar veya aşındırıcı maddeler uygulanarakferrik nitrat, sodyum tiyosülfat ve sülfürlenmiş potas gibi. Farklı yöntemler kullanılarak bakırın farklı sıcaklık ve nem seviyelerine maruz bırakılmasıyla çeşitli tonlar ve renkler elde edilebilir.
Bakırın bazı uygulamaları, patinanın tamamen ortadan kaldırıldığı ve bakırın en temiz haliyle olduğu durumlarda en verimli şekilde uygulanır. Bunun bir örneği, patina olmadan elektriksel olarak en iletken durumlarını sergileyen bakır teller olabilir. Balmumu kaplama, cilalama ve solüsyonlar bakırı aşındırıcı maddelerden koruyacaktıroksitlenmesini ve kararmasını önler.
Bakırın Korozyonuna Katkıda Bulunan Koşullar
Bakır korozyonunu teşvik eden veya hızlandıran özel koşullar vardır. Bunlar şunları içerir:
- Tuzlu su, ısı veya asidik bileşikler içeren çevre koşullarına maruz kalmak bakır yüzeyini bozar.
- Toprakta akan doğru veya alternatif akımlar, yer altı bakır borularının korozyon hızını hızlandırır.
- Galvanik korozyon, farklı metallerin bakırla temas etmesi durumunda meydana gelir. Bunun bir örneği, elektrik iletkenliğindeki farklılıkların korozyonu teşvik ettiği bir çelik boru ile temas halinde olan bir bakır borudur. Galvanik etkinin gerçekleşmesini önlemenin en kolay yolu bakırı diğer metallerden yalıtmaktır.
- Anormal derecede agresif topraklar, yüksek konsantrasyonda klorür, sülfat, amonyak bileşikleri ve nem içerdiğinde bakırın korozyonunu kolaylaştırabilir.
- Yüksek miktarda organik ve inorganik asitle temas bakırın metal yüzeyini bozar ve koruyucu filmi kaldırır.
- Sünek bakır metallere uygulanan sabit stres nedeniyle korozyon yorulması meydana gelebilir. Bakır boruların içindeki yüksek hız ve türbülanslı su akışı, lokal erozyon ve korozyona neden olabilir. Bakır boruların periyodik olarak büzülmesi ve genleşmesi, yorgunluğu artıran strese neden olur.
- Ortamda bulunan yüksek seviyedeki oksijen atomları, hızlandırılmış oksidasyon yoluyla metalin yüzeyini aşındırır.
Bakır Korozyonu Örneği – Özgürlük Heykeli NYC
New York'taki Özgürlük Anıtı'nda bakır korozyonunun harika bir örneği görülebilir. 1886 yılında dikilen heykel orijinal olarak parlak kahverengiydi ancak renginin mavimsi yeşil bir patinaya dönüşmesi için New York'taki su kenarındaki doğal ortama yaklaşık 10 yıl maruz kalması gerekti. Bir 15 yıl sonra ise patina tamamen gelişmişti.
Heykelin yeniden parlak kahverengiye boyanmasını öneren politikacılar bile vardı ama neyse ki kamuoyu bu plandan hiç hoşlanmadı. Günümüzde mavi-yeşil görünüm herkes tarafından sevilmektedir. Bazıları heykelin her 50 yılda bir cilalanması gerektiğini, böylece her neslin kademeli kararmayı ve renk değişimini yeniden yaşayabileceğini savundu. Ancak bu fikir pratik değildir. Gibi heykelin kalınlığı sadece 2,4 milimetreBirkaç döngüden sonra çok ince olacak ve çok geçmeden heykel kalmayacaktı.
Korozyon, heykelin demir iskelet yapısı ile bakır kaplamanın birleşiminden oluşan orijinal tasarımı üzerinde etkili oldu. Yağmur suyunun elektrolit görevi görmesi nedeniyle iki element arasında galvanik korozyon meydana geldi. Demir yapıya çinko kaplama uygulandı, aşınmış parçalar ise paslanmaz çelikle değiştirildi.
Büyük restorasyon, çatı kaplaması ve meşale gibi parçaların değiştirilmesi için 8.000 metrekarelik bakır levha gerektirdi; meşale alevi ise katı bakır ve altın varakla değiştirildi. Yedek meşale, 1986 yılında monte edilmeden önce heykelin geri kalanıyla eşleşecek şekilde önceden cilalanmıştı. Yapay patina birkaç yıl içinde aşındı ve mat bakır ortaya çıktı. Donuk kahverengi bakırın kendi patinasını geliştirmesi yirmi yıldan fazla sürdü.
Korozyonun Bakır Alaşımlarına Etkileri
Bakır, son derece dövülebilir ve sünek bir metal element olduğu için genellikle diğer metallerle birleştirilir. Yaygın bakır alaşımları arasında bronz (%88 bakır, %12 kalay) ve pirinç (%66 bakır, %34 çinko ve bir miktar demir ve kurşun bulunur) bulunur.
Bakır alaşımları saf bakırla karşılaştırıldığında farklıdır ve saf bakırın korozyonundan farklı şekilde paslanır. Bir bakır alaşımı korozyona uğradıkça yeşilden farklı bir renge dönüşebilir. Örneğin, pirinç altın kahverengi bir renk alırken bronz, limon yeşili ila koyu kahverengiye dönüşebilir.
Bakır alaşımları arasındaki korozyon davranışı, fiziksel ve kimyasal özelliklerine, çevreye, strese ve diğer faktörlere bağlı olarak değişir.
Bakır alaşımları belirli koşullar altında olağanüstü korozyon direnci gösterir. İşte birkaç örnek:
- Alüminyum pirinç Yüksek hızlı tuzlu sudan kaynaklanan çarpma korozyonuna karşı oldukça dayanıklıdır.
- Alüminyum bronz Sülfit çözeltilerinin kimyasal saldırılarına karşı dayanıklıdır.
- Bakır-silikon alaşımlar Pirinçle karşılaştırıldığında stres-korozyon çatlamasına karşı önemli bir direnç sunar.
- Nikel gümüşleri tatlı su ve tuzlu suya maruz kalmadan kaynaklanan korozyona karşı mükemmel koruma sağlar.