Korozija bakra i njegovih legura: uzroci i rješenja

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

Bakar i legure bakra imaju visoku električnu i toplinsku vodljivost, mogu se strojno obrađivati, imaju dobru otpornost na koroziju, pa se aktivno koriste u mnogim industrijama. Ali kada uđe u određeno okruženje, korozija bakra i njegovih legura i dalje se očituje. Što je to i kako zaštititi proizvode od oštećenja, razmotrit ćemo u ovom članku.

Što je korozija

Ovo je uništavanje metala kao posljedica izlaganja okolišu. U zemljama s dobro razvijenom industrijom šteta od korozije iznosi 4-5% nacionalnog dohotka. Ne propadaju samo metali, već i mehanizmi i dijelovi izrađeni od njih, što dovodi do vrlo visokih troškova. Korodirani cjevovodi često propuštaju štetne kemikalije, što rezultira onečišćenjem tla, vode i zraka. Sve to negativno utječe na zdravlje ljudi. Korozija bakra je njegovo spontano uništenje pod utjecajem pojedinih elemenata ljudskog okoliša. Uzrok oštećenja metala je nestabilnostto na pojedine tvari u zraku. Što je temperatura viša, to je veća stopa korozije.

Svojstva bakra

Bakar je prvi metal koji je čovjek počeo koristiti. Zlatne je boje, a u zraku se prekriva oksidnim filmom i dobiva crveno-žutu boju, što ga razlikuje od drugih metala koji imaju sivu nijansu. Vrlo je plastičan, ima visoku toplinsku vodljivost, smatra se izvrsnim vodičem, drugi nakon srebra. U slaboj klorovodičnoj kiselini, slatkoj i morskoj vodi korozija bakra je zanemariva.

Na otvorenom, metal oksidira stvaranjem oksidnog filma koji štiti metal. S vremenom potamni i postane smeđa. Sloj koji prekriva bakar naziva se patina. Mijenja svoju boju iz smećkaste u zelenu, pa čak i crnu.

Elektrokemijska korozija

Ovo je najčešći tip uništavanja metalnih proizvoda. Elektrokemijska korozija uništava dijelove strojeva, razne strukture smještene u tlu, vodu, atmosferu, tekućine za podmazivanje i hlađenje. To je oštećenje površine metala pod utjecajem električne struje, kada se tijekom kemijske reakcije oslobađaju elektroni koji se prenose s katoda na anode. Tome doprinosi heterogena kemijska struktura metala. Kada bakar dođe u kontakt sa željezom, u elektrolitu se pojavljuje galvanska ćelija, gdje željezo postaje anoda, a bakar katoda, jer je željezo u nizu napona prema periodnom sustavu lijevo od bakra i aktivnije je.

U paru željeza s bakrom, korozija željeza se događa brže od bakra. To je zato što kada se željezo uništi, elektroni iz njega prelaze u bakar, koji ostaje zaštićen sve dok se cijeli sloj željeza potpuno ne uništi. Ovo se svojstvo često koristi za zaštitu dijelova i mehanizama.

Učinak nečistoća na propadanje metala

Poznato je da čisti metali praktički ne korodiraju. Ali u praksi, svi materijali sadrže određenu količinu nečistoća. Kako oni utječu na sigurnost tijekom rada proizvoda? Pretpostavimo da postoji dio napravljen od dva metala. Razmotrite kako nastaje korozija bakra s aluminijem. Kada je izložena zraku, njegova površina je prekrivena tankim filmom vode. Treba napomenuti da se voda razgrađuje na vodikove ione i hidroksidne ione, a ugljični dioksid otopljen u vodi stvara ugljičnu kiselinu. Ispada da bakar i aluminij, uronjeni u otopinu, stvaraju galvansku ćeliju. Štoviše, aluminij je anoda, bakar je katoda (aluminij je lijevo od bakra u nizu napona).

Ioni aluminija ulaze u otopinu, a višak elektrona prelazi na bakar, ispuštajući vodikove ione blizu njegove površine. Aluminijevi ioni i hidroksidni tonovi se kombiniraju i talože na aluminijskoj površini kao bijela tvar, uzrokujući koroziju.

Korozija bakra u kiselim sredinama

Bakar pokazuje dobru otpornost na koroziju u svim uvjetima jer rijetko istiskuje vodik jer je u nizu elektrokemijskih naponastoji u blizini plemenitih metala. Široka upotreba bakra u kemijskoj industriji posljedica je njegove otpornosti na mnoge agresivne organske medije:

• nitrati i sulfidi;
• fenolne smole;
• octena, mliječna, limunska i oksalna kiselina;
• kalijev i natrijev hidroksidi;
• slabe otopine sumporne i klorovodične kiseline.

S druge strane, postoji snažno uništavanje bakra u:

• kisele otopine kromovih soli;
• mineralne kiseline - perklorna i dušična, a korozija se povećava s povećanjem koncentracije.
• koncentrirana sumporna kiselina, koja raste s porastom temperature;
• amonijev hidroksid;
• oksidirajuće soli.

Metode očuvanja metala

Praktički svi metali u plinovitom ili tekućem mediju podliježu površinskom razaranju. Glavni način zaštite bakra od korozije je nanošenje zaštitnog sloja na površinu proizvoda koji se sastoji od:

• Metal - na bakrenu površinu proizvoda nanosi se sloj metala koji je otporniji na koroziju. Na primjer, kao njega koriste se mjed, cink, krom i nikal. U tom slučaju dolazi do kontakta s okolinom i oksidacije metala koji se koristi za premaz. Ako je zaštitni sloj djelomično oštećen, tada je osnovni metal, bakar, uništen.
• Nemetalne tvari su anorganski premazi koji se sastoje od staklaste mase, cementne žbuke ili organske - boje, lakovi, bitumen.
• Kemijskafilmovi - zaštita se formira kemijskom metodom, stvarajući spojeve na površini metala koji pouzdano štite bakar od korozije. Za to se koriste oksidni, fosfatni filmovi ili je površina legura zasićena dušikom, organskim tvarima ili obrađena ugljikom, čiji spojevi je pouzdano čuvaju.

Osim toga, u sastav bakrenih legura uvodi se legirajuća komponenta koja pojačava antikorozivna svojstva ili se mijenja sastav okoliša, uklanjajući nečistoće iz njega i uvode inhibitore koji usporavaju reakciju.

Zaključak

Bakar nije kemijski aktivan element, zbog toga je njegovo uništavanje vrlo sporo u gotovo svakom okruženju. Stoga se široko koristi u mnogim sektorima nacionalnog gospodarstva. Na primjer, metal je vrlo stabilan u čistoj slatkoj i morskoj vodi. Ali kako se sadržaj kisika povećava ili se protok vode ubrzava, otpornost na koroziju opada.