Korozní vlastnosti mědi – NTC Energo-Resource
Koroze mědi – jde o jeho zničení vlivem prostředí. Měď a její slitiny jsou široce používány v mnoha průmyslových odvětvích. To je způsobeno vysokou odolností tohoto kovu proti korozi, tepelnou vodivostí a elektrickou vodivostí. Měď je dokonale mechanicky zpracována a pájena. Za různých podmínek je měď docela odolná vůči korozi, protože zřídka vytěsňuje vodík i z kyselých roztoků. Je to dáno tím, že co do aktivity je v elektrochemické řadě vedle ušlechtilých kovů. Měď není chemicky aktivní prvek, proto je její rychlost koroze jen zřídka vysoká, i když její destrukci usnadňuje film nerozpustných korozních produktů.
Atmosférická koroze mědi
Za atmosférických podmínek je měď vysoce odolná vůči korozi. V suchém vzduchu zůstává povrch mědi téměř nezměněn. A při kontaktu s vlhkým vzduchem se vytvoří nerozpustný film, který se skládá z produktů koroze měď typu CuCO3•Cu(OH)2.
V závislosti na složení prostředí a mnoha dalších faktorech se na povrchu mědi v atmosféře nejprve vytvoří velmi tenký ochranný film složený z oxidů mědi a čistého oxidu mědi. Doba vzniku tohoto filmu může dosáhnout několika let. Povrch trochu ztmavne a zhnědne. Někdy může být film téměř černý (z velké části závisí na složení korozního prostředí). Po vytvoření vrstvy oxidu se na povrchu začnou hromadit soli mědi se zelenkavým odstínem. Vzniklý oxid mědi a soli se také nazývá patina. Barva patiny se pohybuje od světle hnědé po černou a zelenou. Závisí na kvalitě povrchové úpravy, složení samotného kovu a prostředí, době kontaktu s korozním prostředím (od vnitřních i vnějších faktorů). Oxid měďnatý je červenohnědé barvy, oxid měďnatý je černý. Modrou, zelenou, modrou a další odstíny patiny způsobují různé minerály mědi (sírany, uhličitany, chloridy atd.). Patina je ve vztahu k obecnému kovu neutrální, tzn. nemá škodlivý účinek na měď (kromě chloridu měďnatého). Soli a oxidy tvořící patinu jsou ve vodě nerozpustné a mají přirozené dekorativní a ochranné vlastnosti ve vztahu k měděnému povrchu.
Přítomnost oxidu uhličitého ve vlhkém vzduchu vede k tvorbě směsi na povrchu, které se také říká malachit. Sulfidy a chloridy ve vzduchu ničí malachit. To urychluje atmosférickou korozi mědi. Měď s leštěným povrchem nepodléhá korozi v podmínkách suchého vzduchu, oxidové vrstvy nemají barvu, nedochází k matování, tloušťka 50 nm. S rostoucí drsností klesá stabilita.
V čistém vzduchu nasyceném parami zůstává měď odolná vůči korozi. Ale přítomnost sirovodíku ve vzduchu prudce snižuje odolnost proti korozi, což vede k výskytu síranů na jeho povrchu: CuS04 a 3Cu(OH)2.
Při teplotách 300 až 400°C v redukční atmosféře je tento kov někdy ještě odolnější vůči korozi než ocel.
Koroze mědi v půdě
Koroze mědi v půdě je vysoce závislá na hodnotě pH půdy. Čím je půda zásaditější nebo kyselejší, tím rychleji dochází ke korozi mědi v půdě. Méně silný vliv má provzdušňování a vlhkost půdy. Když je půda vysoce nasycena mikroorganismy, zvyšuje se koroze mědi a jejích slitin. To se vysvětluje tím, že některé z nich v průběhu života produkují sirovodík, který ničí ochranný oxidový film. Produkty půdní koroze mědi a jejích slitin mají složitější složení než produkty atmosférické koroze a mají vrstvenou strukturu. Pokud by měděný produkt ležel v půdě velmi dlouhou dobu, mohl by se zcela změnit na volnou světle zelenou hmotu sestávající z produktů koroze mědi. Pokud přípravek zůstane v půdě krátkou dobu, lze pozorovat pouze malou vrstvu patiny, kterou lze snadno mechanicky odstranit.
Koroze mědi ve vodě
Rychlost koroze mědi ve vodě do značné míry závisí na přítomnosti oxidových filmů na povrchu. Odolnost mědi vůči čisté sladké vodě je poměrně vysoká – od 0,005 do 0,25 mm za rok. Pokud však voda obsahuje prvky, které brání tvorbě ochranných filmů na kovovém povrchu (kyseliny, sirovodík, čpavek nebo chloridy), rychlost koroze se znatelně zvyšuje. V rychle se pohybujících vodných roztocích a vodě je měď vystavena typu destrukce nazývané rázová koroze. Rychlost nárazové koroze mědi je vysoce závislá na množství rozpuštěného kyslíku. Pokud je voda silně provzdušněná, nárazová koroze mědi probíhá intenzivně, ale pokud je odkysličená, je destrukce nevýznamná. Koroze mědi v provzdušňované vodě se zvyšuje s klesajícím pH a zvyšující se koncentrací iontů chlóru. Rychlost koroze mědi ve vodě závisí na klimatické zóně. V tropech je míra ničení o něco vyšší.
Podobný obraz je pozorován u interakce mědi a mořské vody: při absenci faktorů, které snižují rychlost tvorby ochranného filmu, je koroze nízká (asi 0,05 mm za rok). Ale jak se zvyšuje obsah kyslíku ve vodě nebo rychlost průtoku vody, odolnost proti korozi klesá, protože rychlost odstraňování ochranného filmu je vyšší než rychlost jeho vzhledu. Zvláštností mědi omývané mořskou vodou je to, že je to jeden z mála kovů, které nejsou náchylné k zanášení mikroorganismy. Ionty mědi jsou pro ně škodlivé.
Rychlost proudění v měděných trubkách by neměla překročit 1,5 m/s u sladké vody a 1,0 m/s u mořské vody. Úplná stagnace je však také nepříznivá: malý průtok vody minimalizuje výskyt vodního kamene a sedimentů, což vede ke korozi.
Potrubí pro zásobování domácností vodou je často vyrobeno z čisté mědi. Jsou spolehlivé a vydrží velmi dlouho. V přítomnosti rozpuštěné kyseliny uhličité a jiných kyselin ve vodě měď postupně koroduje a produkty koroze mědi zabarvují instalatérské zařízení. Pokud se voda procházející měděným potrubím dostane do kontaktu se železem, hliníkem nebo pozinkovanou ocelí, pak se výrazně zvyšuje koroze těchto kovů. Na povrchu těchto kovů se ukládají ionty mědi a vytvářejí korozivní galvanické články.
K odstranění škodlivých účinků vody z měděných trubek na jiné kovy použijte pocínovaná měď. Vnitřek měděného potrubí je potažen cínem. Cínový povlak musí být neporézní, aby nedocházelo ke vzniku galvanického prvku (cín je ve vztahu k mědi katoda).
V chemickém průmyslu je rozšířené použití mědi způsobeno její odolností vůči nejagresivnějším organickým prostředím:
- fenolové pryskyřice,
- sulfidy a dusičnany,
- hydroxid sodný a draselný,
- organické kyseliny (octová, citrónová, mléčná, šťavelová atd.),
- alkoholy,
- stejně jako neoxidační kyseliny (solná, octová, zředěná sírová atd.).
Naopak měď je vysoce korozivní:
- v oxidovaných minerálních kyselinách (HN03HC1O4 a další.);
- v kyselých roztocích solí chrómu;
- pod vlivem síry a jejích sloučenin;
- v koncentrované kyselině sírové, zejména při zahřívání;
- při vystavení chloridu amonnému, alkalickým kyanidovým sloučeninám, ale stabilní vůči jiným alkalickým roztokům;
- s žíravým draslíkem, počínaje 350 °C;
- hydroxid amonný (jeden z nejagresivnějších činidel);
- vlhký amoniak;
- chloridy a kyanidy;
- oxidační soli v kyselém prostředí Při kontaktu s některými ušlechtilejšími kovy a slitinami (platina, zlato, olovo, cín) nebo korozivzdornou ocelí působí již jako katody, způsobují korozi mědi. Navíc, čím větší je rozdíl v elektrochemických potenciálech, tím významnější je koroze.
Elektrochemická koroze kontaktního spoje mezi mědí a hliníkem
Kontaktní lepení mědi a hliníku hraje důležitou roli v různých průmyslových odvětvích, jako je elektrotechnika, stavebnictví a energetika. Kvůli rozdílům v jejich elektrochemických vlastnostech jsou však měděné a hliníkové kontaktní spoje náchylné k elektrochemické korozi, což může vést k vážným problémům při provozu zařízení a konstrukcí. Podstatou elektrochemické koroze kontaktního spojení mědi a hliníku je to, že při kontaktu kovů a přítomnosti vlhkosti nebo jiných elektrolytických médií vznikají galvanické prvky, což vede ke vzniku anodických a katodických oblastí v kovovém spojení. V tomto případě hliník, který je aktivnějším kovem, působí jako anoda a měď jako katoda. To vede k tomu, že hliník podléhá intenzivnější korozi a měď je méně aktivní a chrání hliník, což vede k dodatečnému urychlení procesu koroze.
Na kontaktních spojích měď-hliník se mohou vyskytovat i jiné druhy koroze, jako je chemická koroze v důsledku chemických reakcí mezi kovy a prostředím a praskání v důsledku rozdílů v koeficientu tepelné roztažnosti těchto materiálů.
Aby se zabránilo elektrochemické korozi kontaktního spoje mezi mědí a hliníkem, je nutné použít speciální metody a materiály. Například pro omezení koroze lze použít různé ochranné povlaky, jako je galvanické pokovování mědi cínem nebo niklem, oxidové ochranné filmy, stejně jako použití mezivrstvy slitin, které snižují rozdíly potenciálů a snižují pravděpodobnost koroze.
Odolnost mědi proti korozi v různých prostředích
Ve srovnání s jinými kovy a slitinami působí měď jako katoda. Proto jsou při kontaktu s ním v roztocích solí nebo kyselin náchylnější ke korozi.
| středa | Koncentrace, % | T0, С | Rychlost koroze, mm/rok | Stupeň, bod*1 |
|---|---|---|---|---|
| Anorganická média (vodné roztoky) Kyseliny | ||||
| Dusík | Rozličný | 20 | 10 | 5 |
| Bornaja | Do 5,0 | 20 . 100 | 0,1*2 | 1 |
| sírový | Do 5,0 | 20 | 0,1…1,0*3 | 2 |
| sírový | Do 5,0 | 50 | 10 | 5 |
| sírový | 10 . 60 | 20 | 0,01…0,12*3 | 1 |
| sírový | 10 . 60 | 40 . 60 | 1,3 . 3,7 | 4 |
| sírový | 90 . 98 | 20 | 0,07 . 1,0 | 2 |
| sírový | 90 . 98 | 50 | 2,1 | 3 |
| sírový | kouření | 20 | 10 | 5 |
| Sirnatý | Do 8,6 | 20 | 0,1 | 1 |
| Solyanaya | Do 5,0 | 20 | 0,04 | 1 |
| Solyanaya | 10 . 35 | 20 | 0,25…4,1*3 | 4 |
| Chlór | Do 72 | 20 | 10 | 5 |
| Chrome | 10 | 20 | 10 | 5 |
| Hydrofluorovodíková | Jakýkoli | 20 | 0,08 . 0,89 | 2 |
| Fosfor | 10 . 90 | 20 75 .. | 0,5 | 2 |
| Důvody | ||||
| Hydroxid amonný | Do 30 | 20 | 10 | 5 |
| Hydroxid draselný (žíravý draslík) | Do 53 | 20 | 0,1 | 1 |
| Hydroxid draselný (žíravý draslík) | Do 53 | 35 | 0,1 | 1 |
| Hydroxid draselný | 0,16 | 20 . 100 | 0,1 . 0,5 | 2 |
| Hydroxid sodný (louh sodný) | Do 52 | 20 | 0,1 | 1 |
| Hydroxid sodný (louh sodný) | Do 52 | 35 | 0,1 | 1 |
| Hydroxid sodný (louh sodný) | Rozpad | – | 10,0 | 5 |
| Oxidy, soli, peroxidy, plyny a anorganická média | ||||
| Oxidy dusíku (NO, NO2, N2O3, N2O5, N2O) | – | 20 | 10 | 5 |
| Amoniak (plyn) | – | 16 . 20 | 0,002 . 0,004 | 1 |
| Amoniak (plyn) | – | 400 . 500 | 0,01 | 1 |
| Dusičnan amonný (dusičnan) | Do 64 | 20 | 10 | 5 |
| siřičitan amonný (siřičitan) | Jakýkoli | 25 | 1,3 | 3 |
| Chlorid amonný (chlorid) | Do 10 | 20 . 70 | 0,5 | 2 |
| Chlorid amonný (chlorid) | 10 . 27 | 25 . 100 | 10 | 5 |
| Sladká voda | – | 20 | 0,006 . 0,014 | 1 |
| Sladká voda | – | 250 (páry) | 0,1 | 1 |
| Mořská voda | – | 20 . 80 | 0,02 . 0,04 | 1 |
| Vodík | – | 20 | 0,1 | 1 |
| Vodík | – | 40 | 1,32 | 2 |
| Peroxid vodíku (H2O2) | Jakýkoli | 20 . 100 | 10 | 5 |
| Kyslík | – | 20 | 0,1 | 1 |
| Ozón (smíšený se vzduchem) | – | 20 | 10 | 5 |
| Síra | – | 130 . 140 | 35 | 5 |
| Sirovodík (suchý) | – | 20 | 0,1 | 1 |
| Sirovodík (mokrý) | – | 20 . 100 | 10 | 5 |
| Oxid uhličitý (suchý plyn) | – | 20 . 100 | 0,1 | 1 |
| oxid uhelnatý (plyn) | – | – | 10 | 5 |
| Chlor (suchý a tekutý) | – | 20 . 100 | 0,1 | 1 |
| Chlor (mokrý plyn) | – | 20 | 10 | 5 |
| Organická média | ||||
| Kyselina vinná, vodný roztok | Do 58 | 20 | 0,2*3 | 2 |
| Mastné kyseliny (Tm=280C) | – | 230 . 250 | 0,03 | 1 |
| Kyselina citronová, vodný roztok | Do 59 | 20 | 0,1…0,57*3 | 2 |
| Kyselina mravenčí, vodný roztok | Do 10 | Vařící | 0,138 | 2 |
| Kyselina octová, vodný roztok | Do 80 | 20 . 40 | 0,1 . 0,5 | 2 |
| Kyselina octová, vodný roztok | Do 80 | Vařící | 1,2 . 6,2 | 3 . 4 |
| Kyselina šťavelová, vodný roztok | Do 10 | 20 | 0,5 . 1,0 | 2 |
| Minerální oleje | – | 20 | 0,1 | 1 |
| Terpentin | – | 20…Kip | 0,1 | 1 |
| Ethylalkohol | – | 20…Kip | 0,1 | 1 |
| Fenol | – | 2 | 0,008 | 1 |
*1 Odolnost proti korozi se posuzuje na pětibodové stupnici:
- – velmi vysoká s rychlostí koroze až 0,1 mm/rok;
- – vysoká rychlost ->0,1…1,0 mm/rok;
- – průměr při rychlosti 1,0. 3,0 mm/rok;
- – nízká při rychlosti 3,0. 10 mm/rok;
- – velmi nízké při rychlostech nad 10,0 mm/rok.
*2 Za nepřítomnosti vzduchu je stabilní v roztocích jakékoli koncentrace do 150 0 C.
*3 V nepřítomnosti vzduchu
Koroze pocínované mědi
Pocínovaná měď má vynikající odolnost proti korozi. Pocínovaná měď dobře slouží i pod vlivem deště, krupobití, sněhu a není citlivá na změny okolní teploty. Atmosférická koroze pocínované mědi je velmi zanedbatelná. Cínový povlak je ve vztahu k mědi anodou, protože má více elektronegativní potenciál. Pokud na něm nejsou žádné vady (póry, praskliny, škrábance), kterými přichází měď do styku s atmosférou, vydrží velmi dlouho. Pokud jsou přítomny defekty povlaku, atmosférické korozi pocínovaná měď probíhá následujícími reakcemi:
A: Sn – 2e→ Sn 2+ – oxidace cínu;
K: 2H2O+O2 + 4e → 4 OH — — redukce mědi.
Vysoce kvalitní pocínování prodlužuje životnost pocínované mědi na desítky let. Pro zvýšení odolnosti cínového povlaku na měděné přípojnici proti korozi je povlak nanesen z elektrolytu zjasňujícími činidly a dotován vizmutem (tj. nanesena slitina cínu a vizmutu). Nejběžnějším povlakem v elektrotechnickém průmyslu pro pocínování mědi je povlak O-Vi (99,8 % + 0,2 %) 6-12 mikronů podle GOST 9.301-86.
Odolnost proti korozi poniklované Pneumatiky jsou jistě také vysoké, ale mají nevýhodu. Cínový povlak (zejména lesklý) neporézní začíná tloušťkou 6 mikronů a nikl – s tloušťkou 24 mikronů. S průměrnou požadovanou tloušťkou povlaku 9-12 mikronů bude mít cín výhodu oproti niklu.
Podle tématu