Corrosie van koper en zijn legeringen: oorzaken en oplossingen

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-17 10:36

Koper en koperlegeringen hebben een hoge elektrische en thermische geleidbaarheid, kunnen worden bewerkt, hebben een goede corrosieweerstand, dus ze worden actief in veel industrieën gebruikt. Maar wanneer het in een bepaalde omgeving terechtkomt, manifesteert zich nog steeds corrosie van koper en zijn legeringen. Wat is het en hoe producten te beschermen tegen schade, zullen we in dit artikel bespreken.

Wat is corrosie

Dit is de vernietiging van metalen als gevolg van blootstelling aan het milieu. In landen met een goed ontwikkelde industrie bedraagt de schade door corrosie 4-5% van het nationaal inkomen. Niet alleen metalen gaan achteruit, maar ook mechanismen en onderdelen die daarvan gemaakt zijn, wat tot zeer hoge kosten leidt. Gecorrodeerde pijpleidingen lekken vaak schadelijke chemicaliën, wat resulteert in bodem-, water- en luchtvervuiling. Dit alles heeft een negatieve invloed op de gezondheid van mensen. Corrosie van koper is de spontane vernietiging ervan onder invloed van individuele elementen van de menselijke omgeving. De oorzaak van schade aan het metaal is instabiliteithet aan individuele stoffen in de lucht. Hoe hoger de temperatuur, hoe hoger de corrosiesnelheid.

Koperen eigenschappen

Koper is het allereerste metaal dat de mens begon te gebruiken. Het is goudkleurig en in de lucht wordt het bedekt met een oxidefilm en krijgt het een roodgele kleur, wat het onderscheidt van andere metalen met een grijze tint. Het is erg plastisch, heeft een hoge thermische geleidbaarheid, wordt beschouwd als een uitstekende geleider, de tweede alleen voor zilver. In zwak zoutzuur, zoet- en zeewater is kopercorrosie verwaarloosbaar.

In de open lucht oxideert het metaal met de vorming van een oxidefilm die het metaal beschermt. Na verloop van tijd wordt het donkerder en bruin. De laag die koper bedekt, wordt patina genoemd. Het verandert zijn kleur van bruinachtig naar groen en zelfs zwart.

Elektrochemische corrosie

Dit is de meest voorkomende vorm van vernietiging van metalen producten. Elektrochemische corrosie vernietigt machineonderdelen, verschillende constructies in de grond, water, atmosfeer, smeer- en koelvloeistoffen. Dit is schade aan het oppervlak van metalen onder invloed van een elektrische stroom, wanneer tijdens een chemische reactie elektronen vrijkomen en worden overgedragen van kathodes naar anodes. Dit wordt mogelijk gemaakt door de heterogene chemische structuur van metalen. Wanneer koper in contact komt met ijzer, verschijnt er een galvanische cel in de elektrolyt, waar ijzer de anode wordt en koper de kathode, omdat ijzer in de reeks spanningen volgens het periodiek systeem zich links van koper bevindt en actiever is.

In een paar ijzer met koper treedt ijzercorrosie sneller op dan koper. Dit komt omdat wanneer ijzer wordt vernietigd, elektronen ervan overgaan naar koper, dat beschermd blijft totdat de hele ijzerlaag volledig is vernietigd. Deze eigenschap wordt vaak gebruikt om onderdelen en mechanismen te beschermen.

Effect van onzuiverheden op de aantasting van metalen

Het is bekend dat zuivere metalen praktisch niet corroderen. Maar in de praktijk bevatten alle materialen een bepaalde hoeveelheid onzuiverheden. Hoe beïnvloeden ze de veiligheid tijdens het gebruik van producten? Stel dat er een onderdeel is dat uit twee metalen bestaat. Bedenk hoe de corrosie van koper met aluminium optreedt. Bij blootstelling aan lucht is het oppervlak bedekt met een dunne laag water. Opgemerkt moet worden dat water ontleedt in waterstofionen en hydroxide-ionen, en dat kooldioxide opgelost in water koolzuur vormt. Het blijkt dat koper en aluminium, ondergedompeld in een oplossing, een galvanische cel vormen. Bovendien is aluminium de anode, koper is de kathode (aluminium bevindt zich links van koper in de spanningsreeks).

Aluminiumionen komen de oplossing binnen en overtollige elektronen gaan naar koper, waardoor waterstofionen nabij het oppervlak worden afgevoerd. Aluminiumionen en hydroxidetonen combineren en zetten zich af op het aluminiumoppervlak als een witte substantie, waardoor corrosie ontstaat.

Corrosie van koper in zure omgevingen

Koper is onder alle omstandigheden goed bestand tegen corrosie, omdat het zelden waterstof verdringt omdat het in de elektrochemische spanningsreeks zitstaat in de buurt van edele metalen. Het wijdverbreide gebruik van koper in de chemische industrie is te danken aan zijn weerstand tegen veel agressieve organische media:

• nitraten en sulfiden;
• fenolharsen;
• azijnzuur, melkzuur, citroenzuur en oxaalzuur;
• kalium- en natriumhydroxiden;
• zwakke oplossingen van zwavelzuur en zoutzuur.

Aan de andere kant is er een sterke vernietiging van koper in:

• zure oplossingen van chroomzouten;
• mineraalzuren - perchloor en salpeterzuur, en corrosie neemt toe met toenemende concentratie.
• geconcentreerd zwavelzuur, toenemend met toenemende temperatuur;
• ammoniumhydroxide;
• oxiderende zouten.

Metalen conserveringsmethoden

Praktisch alle metalen in een gasvormig of vloeibaar medium ondergaan oppervlaktevernietiging. De belangrijkste manier om koper tegen corrosie te beschermen, is door een beschermende laag op het oppervlak van producten aan te brengen, bestaande uit:

• Metaal - er wordt een laag metaal aangebracht op het koperen oppervlak van het product, dat beter bestand is tegen corrosie. Zo worden bijvoorbeeld messing, zink, chroom en nikkel gebruikt. In dit geval zal contact met de omgeving en oxidatie optreden met het metaal dat voor de coating wordt gebruikt. Als de beschermlaag gedeeltelijk beschadigd is, wordt het basismetaal, koper, vernietigd.
• Niet-metalen stoffen zijn anorganische coatings die bestaan uit glasachtige massa, cementmortel of organische verven, vernissen, bitumen.
• Chemischefilms - bescherming wordt gevormd door een chemische methode, waarbij verbindingen op het metalen oppervlak ontstaan die koper betrouwbaar beschermen tegen corrosie. Om dit te doen, worden oxide-, fosfaatfilms gebruikt of het oppervlak van de legeringen wordt verzadigd met stikstof, organische stoffen of behandeld met koolstof, waarvan de verbindingen het op betrouwbare wijze bewaren.

Bovendien wordt een legeringscomponent in de samenstelling van koperlegeringen geïntroduceerd, wat de anticorrosie-eigenschappen verbetert, of de samenstelling van de omgeving wordt veranderd, onzuiverheden worden verwijderd en remmers worden geïntroduceerd die de reactie vertragen.

Conclusie

Koper is geen chemisch actief element, hierdoor is de vernietiging ervan in bijna elke omgeving erg traag. Daarom wordt het veel gebruikt in veel sectoren van de nationale economie. Zo is metaal zeer stabiel in schoon zoet- en zeewater. Maar naarmate het zuurstofgeh alte toeneemt of de waterstroom versnelt, neemt de corrosieweerstand af.