קורוזיה של נחושת וסגסוגותיה: סיבות ופתרונות

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

לנחושת וסגסוגות נחושת יש מוליכות חשמלית ותרמית גבוהה, ניתנות לעיבוד במכונה, בעלות עמידות טובה בפני קורוזיה, ולכן נעשה בהן שימוש פעיל בתעשיות רבות. אבל כאשר הוא נכנס לסביבה מסוימת, קורוזיה של נחושת וסגסוגותיה עדיין מתבטאת. מה זה ואיך להגן על מוצרים מפני נזק, נשקול במאמר זה.

מהי קורוזיה

זהו הרס של מתכות כתוצאה מחשיפה לסביבה. במדינות עם תעשייה מפותחת, הנזק מקורוזיה הוא 4-5% מההכנסה הלאומית. לא רק מתכות מתקלקלות, אלא גם מנגנונים וחלקים העשויים מהן, מה שמוביל לעלויות גבוהות מאוד. צינורות פגומים דולפים לעתים קרובות כימיקלים מזיקים, וכתוצאה מכך זיהום קרקע, מים ואוויר. כל זה משפיע לרעה על בריאותם של אנשים. קורוזיה של נחושת היא הרס ספונטני שלה בהשפעת אלמנטים בודדים של הסביבה האנושית. הגורם לנזק למתכת הוא חוסר יציבותזה לחומרים בודדים באוויר. ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, כך קצב הקורוזיה גבוה יותר.

נכסי נחושת

נחושת היא המתכת הראשונה שהאדם התחיל להשתמש בה. צבעו זהוב, ובאוויר הוא מתכסה בסרט תחמוצת ומקבל צבע אדום-צהוב, המבדיל אותו ממתכות אחרות בעלות גוון אפור. הוא פלסטי מאוד, בעל מוליכות תרמית גבוהה, נחשב למוליך מצוין, שני רק לכסף. בחומצה הידרוכלורית חלשה, מים מתוקים ומי ים, קורוזיה נחושת זניחה.

באוויר הפתוח, המתכת מתחמצנת עם יצירת סרט תחמוצת המגן על המתכת. עם הזמן הוא מתכהה והופך לחום. השכבה המכסה את הנחושת נקראת פטינה. הוא משנה את צבעו מחום לירוק ואפילו שחור.

קורוזיה אלקטרוכימית

זהו סוג ההשמדה הנפוץ ביותר של מוצרי מתכת. קורוזיה אלקטרוכימית הורסת חלקי מכונות, מבנים שונים הממוקמים באדמה, מים, אטמוספירה, נוזלי סיכה וקירור. מדובר בנזק לפני השטח של מתכות בהשפעת זרם חשמלי, כאשר במהלך תגובה כימית משתחררים אלקטרונים ומועברים מקתודות לאנודות. זה מקל על ידי המבנה הכימי ההטרוגני של מתכות. כאשר נחושת נוגעת בברזל, מופיע תא גלווני באלקטרוליט, שבו ברזל הופך לאנודה, ונחושת הופכת לקתודה, כי הברזל בסדרת המתחים לפי הטבלה המחזורית נמצא משמאל לנחושת ופעיל יותר.

בזוג ברזל עם נחושת, קורוזיה של ברזל מתרחשת מהר יותר מנחושת. הסיבה לכך היא שכאשר ברזל נהרס, אלקטרונים ממנו עוברים לנחושת, שנשארת מוגנת עד שכל שכבת הברזל נהרסה לחלוטין. מאפיין זה משמש לעתים קרובות להגנה על חלקים ומנגנונים.

השפעת זיהומים על הידרדרות מתכות

ידוע שמתכות טהורות כמעט ואינן נלחמות. אבל בפועל, כל החומרים מכילים כמות מסוימת של זיהומים. כיצד הם משפיעים על הבטיחות במהלך הפעלת המוצרים? נניח שיש חלק העשוי משתי מתכות. שקול כיצד קורוזיה של נחושת עם אלומיניום מתרחשת. כאשר הוא נחשף לאוויר, פני השטח שלו מכוסים בסרט דק של מים. יש לציין כי מים מתפרקים ליוני מימן וליוני הידרוקסיד, ופחמן דו חמצני המומס במים יוצר חומצה פחמנית. מסתבר שנחושת ואלומיניום, שקועים בתמיסה, יוצרים תא גלווני. יתרה מכך, אלומיניום הוא האנודה, נחושת היא הקתודה (אלומיניום נמצא משמאל לנחושת בסדרת המתח).

יוני אלומיניום נכנסים לתמיסה, ועודפי אלקטרונים עוברים לנחושת, ומפרקים יוני מימן ליד פני השטח שלה. יוני אלומיניום וגוני הידרוקסיד מתאחדים ומתמקמים על משטח האלומיניום כחומר לבן, וגורם לקורוזיה.

קורוזיה של נחושת בסביבות חומצה

נחושת מציגה עמידות טובה בפני קורוזיה בכל התנאים, מכיוון שהיא ממעטת לעקור מימן מכיוון שהיא נמצאת בסדרת המתח האלקטרוכימיעומד ליד מתכות יקרות. השימוש הנרחב בנחושת בתעשייה הכימית נובע מהעמידותה בפני אמצעים אורגניים אגרסיביים רבים:

• חנקות וסולפידים;
• שרפים פנולים;
• חומצה חמצנית, לקטית, לימון ואוקסלית;
• אשלגן ונתרן הידרוקסידים;
• תמיסות חלשות של חומצה גופרתית וחומצה הידרוכלורית.

מצד שני, יש הרס חזק של נחושת ב:

• תמיסות חומצה של מלחי כרום;
• חומצות מינרליות - פרכלוריות וחנקתיות, והקורוזיה גוברת עם הגדלת הריכוז.
• חומצה גופרתית מרוכזת, עולה עם עליית הטמפרטורה;
• אמוניום הידרוקסיד;
• מלחים מחמצנים.

שיטות שימור מתכות

כמעט כל המתכות במדיום גזי או נוזלי עוברות הרס משטח. הדרך העיקרית להגן על נחושת מפני קורוזיה היא מריחת שכבת הגנה על פני המוצרים, המורכבת מ:

• מתכת - על משטח הנחושת של המוצר מורחים שכבת מתכת העמידה יותר בפני קורוזיה. לדוגמה, פליז, אבץ, כרום וניקל משמשים אותו. במקרה זה יתרחש מגע עם הסביבה וחמצון עם המתכת המשמשת לציפוי. אם שכבת ההגנה פגומה חלקית, אז המתכת הבסיסית, הנחושת, נהרסת.
• חומרים לא מתכתיים הם ציפויים אנאורגניים המורכבים ממסה זגוגית, טיט צמנט או אורגני - צבעים, לכות, ביטומן.
• כימיקלסרטים - הגנה נוצרת בשיטה כימית, היוצרת תרכובות על פני המתכת המגנות באופן אמין על נחושת מפני קורוזיה. לשם כך משתמשים בסרטי תחמוצת, פוספט או ששטח הסגסוגות רווי בחנקן, חומרים אורגניים או מטופלים בפחמן שתרכובותיו משמרות אותו בצורה מהימנה

בנוסף, מכניסים להרכב סגסוגות הנחושת רכיב מתג המשפר את תכונות האנטי קורוזיה, או משתנה הרכב הסביבה, מסיר ממנה זיהומים ומכניסים מעכבים שמאטים את התגובה.

מסקנה

נחושת אינה יסוד פעיל מבחינה כימית, בגלל זה, ההרס שלה איטי מאוד כמעט בכל סביבה. לכן, הוא נמצא בשימוש נרחב במגזרים רבים של הכלכלה הלאומית. לדוגמה, מתכת יציבה מאוד במי ים מתוקים נקיים. אבל ככל שתכולת החמצן עולה או שזרימת המים מואצת, ההתנגדות נגד קורוזיה פוחתת.