Меню

Электрохимическая коррозия меди покрытой серебром в слабощелочной среде

Какие факторы разрушают структуру меди

Что такое коррозия

Это разрушение металлов в результате воздействия на них окружающей среды. В странах с хорошо развитой промышленность ущерб от коррозии составляет 4–5% национального дохода. Портятся не только металлы, но и механизмы, и детали, изготовленные из них, что ведет к очень большим затратам. В результате ржавления трубопроводов зачастую происходит утечка вредных химических веществ, что приводит к загрязнению почвы, воды и воздуха. Все это пагубно сказывается на здоровье людей. Коррозия меди является спонтанным ее разрушением под влиянием отдельных элементов среды обитания человека. Причина порчи металла заключается в неустойчивости его к отдельным веществам, находящимся в воздухе. Скорость коррозии тем больше, чем выше температура.

Условия разрушения материала

Несмотря на устойчивость к порче, даже медные изделия при определенных условиях могут ржаветь. Меньше всего подобные явления выражены во влажном воздухе, воде, почве, больше – в кислой среде.

Серьезно снизить коррозию можно путем лужения – покрытия меди слоем олова. Качественное лужение дает надежную защиту от повреждений, повышает коррозионную стойкость, делает материал не подверженным действию высоких температур, дождя, града, снега. Срок службы луженых изделий составляет более 100 лет без потери первоначальных свойств.

Влияние воды

Скорость коррозии меди в воде сильно зависит от наличия оксидной пленки на ее поверхности, а также от степени насыщенности воды кислородом. Чем больше содержание последнего, тем интенсивнее протекает разрушение материала. В целом, медь считается стойкой к вредному воздействию соленой и пресной воды, и пагубно влияют на нее только растворенные ионы хлора, низкий уровень pH. Прочность, неподверженность ржавлению позволяет применять материал для изготовления трубопроводов.

Если на поверхности изделия, покрытого медью, имеется коричневая или зеленая оксидная корка, разрушающие вещества в малой степени проникают внутрь. Обычно оксидный слой формируется спустя 60 дней нахождения металла в воде. Более прочной считается зеленая корка (карбонатная), рыхлой и менее крепкой – черная (сульфатная).

В морской воде уровень коррозии практически такой же, как и в пресной. Лишь при ускорении движения жидкости коррозия становится ударной, поэтому – более интенсивной. Медь – материал, который не способен обрастать морскими микроорганизмами, ведь его ионы губительны для моллюсков, водорослей. Это свойство металла используется в судоходстве, рыбном хозяйстве.

Свойства меди

Медь – это самый первый металл, который стал использовать человек. Она золотистого цвета, а на воздухе покрывается оксидной пленкой и приобретает красно-желтый цвет, что отличает ее от других металлов, имеющих серый оттенок. Она очень пластична, обладает высокой теплопроводностью, считается отличным проводником, уступая только серебру. В слабой соляной кислоте, пресной и морской воде коррозия меди незначительная.

Читайте также:  План цеха электролиза меди

На открытом воздухе происходит окисление металла с образованием оксидной пленки, защищающей металл. Со временем она темнеет и становится коричневого цвета. Слой, покрывающий медь, называют патиной. Он изменяет свой цвет от коричневатого оттенка до зеленого и даже черного.

Чистка монет из меди

Медные монеты представляют собой антиквариат, и в наше время не выпускаются. Нередко их приходится чистить, чтобы вернуть привлекательный вид. Если монета контактировала со свинцом, налет на ней может быть желтоватым. В таком случае он прекрасно очищается столовым уксусом (9%). Зеленый налет убирают раствором лимонной кислоты (10%) или соком лимона, коричневый – аммиаком, углекислым аммонием.

Нужно помнить, что порой слой патины придает монетам более благородный и винтажный вид, поэтому удалять его желательно не всегда. Некоторые, напротив, стараются искусственно состарить деньги домашним способом. Для этого надо взять литр дистиллированной воды, 5 г аптечной марганцовки, 50 г медного купороса. Раствор нагреть, не кипятя, бросить в него монеты, оставить до достижения нужного оттенка. Для закрепления эффекта высохшие деньги обработать смесью бензола и спирта (1:1). После монеты обретут красивый состаренный облик и смогут украсить любую коллекцию предметов антиквариата.

Электрохимическая коррозия

Это самый распространенный вид разрушения металлических изделий. Электрохимическая коррозия разрушает детали машин, различные конструкции, находящиеся в земле, воде, атмосфере, смазочно-охлаждающих жидкостях. Это повреждение поверхности металлов под воздействием электрического тока, когда при химической реакции происходит отдача и перенос электронов с катодов на аноды. Способствует этому неоднородная химическая структура металлов. При контакте меди с железом в электролите возникает гальванический элемент, где железо становится анодом, а медь – катодом, потому что железо в ряду напряжений по таблице Менделеева стоит левее меди и обладает большей активностью.

В паре железа с медью коррозия железа наступает быстрее, чем меди. Это происходит потому, что при разрушении железа электроны от него переходят к меди, которая остается защищенной до тех пор, пока полностью не разрушится весь слой железа. Этим свойством часто пользуются для защиты деталей и механизмов.

Влияние примесей на порчу металлов

Известно, что металлы в чистом виде практически не подвергаются коррозии. Но на практике все материалы содержат какое-то количество примесей. Как же влияют они на сохранность при эксплуатации изделий? Допустим, что имеется деталь, изготовленная из двух металлов. Рассмотрим, как происходит коррозия меди с алюминием. При нахождении на воздухе ее поверхность покрывается тончайшей пленкой из воды. Надо заметить, что вода разлагается на ионы водорода и гидроксид-ионы, а углекислый газ, растворенный в воде, образует угольную кислоту. Получается, что медь и алюминий, погруженные в раствор, создают гальванический элемент. Причем алюминий – анод, медь – катод (алюминий в ряду напряжений стоит левее меди).

Читайте также:  Гидроксид бария плюс хлорид меди

Ионы алюминия попадают в раствор, а к меди переходят избыточные электроны, разряжая у ее поверхности ионы водорода. Ионы алюминия и гидроксид-тоны соединяются и откладываются на поверхности алюминия в виде белого вещества, вызывая коррозию.

Коррозия в почве и влажном воздухе

Разрушение меди в грунте происходит под влиянием кислот, содержащихся в почве, в отличие от воды насыщенные кислородом породы в меньшей степени окисляют металл. Наибольшую опасность для изделий из меди представляют живущие в почве микроорганизмы, точнее, продукты их жизнедеятельности.

Земля также как и вода подвергает медные трубы коррозии

Многие из них выделяют сероводород, который способен разрушить структуру металла. Изделие, которое находилось долгое время в земле, может полностью рассыпаться при изъятии.

Во влажном воздухе коррозия меди проявляется с течением длительного периода времени. Сухой климат вообще не влияет на разрушение металла. Влажный воздух насыщен углекислым газом, сульфидами, хлоридами – эти вещества вызывают коррозию металла, разрушая ее защитную пленку. При длительном пребывании изделия во влажном воздухе начинает образовываться слой патины – это оксид солей, он сначала имеет темно-коричневый цвет, затем приобретает зеленый оттенок. Патина не растворяется в воде и не подвержена влиянию влажности, а также нейтральна к меди, поэтому не только не разрушает ее, но и выполняет защитную функцию. На сегодняшний день существуют методы искусственного создания патины, их чаще всего используют художники и скульпторы, делая предметы, похожими на старинные вещи. Винтажный стиль в интерьере сейчас пользуется большой популярностью.

Коррозия меди в кислых средах

Медь проявляет хорошую устойчивость к коррозии в любых условиях, так как нечасто вытесняет водород, потому что она в электрохимическом ряду напряжений стоит около благородных металлов. Широкое использование меди в химической промышленности вызвано ее стойкостью ко многим агрессивным органическим средам:

  • нитратам и сульфидам;
  • фенольным смолам;
  • уксусной, молочной, лимонной и щавелевой кислоте;
  • гидроокиси калия и натрия;
  • слабым растворам серной и соляной кислоты.

С другой стороны, отмечается сильное разрушение меди в:

  • кислых растворах солей хрома;
  • минеральных кислотах — хлорной и азотной, причем коррозия усиливается с увеличением концентрации.
  • концентрированной серной кислоте, усиливаясь при повышении температуры;
  • гидроокиси аммония;
  • окисляющих солях.

Почему ржавеет медь и как защитить ее от коррозии

Изделия из меди используются человеком на протяжении нескольких веков. В дореволюционные времена цена этого металла приравнивалась к стоимости золота, настолько дорогим было его производство. Сейчас медь намного подешевела, поэтому из нее, кроме украшений, делают посуду, интерьерные аксессуары и иные предметы.

Читайте также:  Химическая патина окисленная медь двухкомпонентная

Коррозия меди, в отличие от железа, развивается медленно благодаря ее устойчивости к данному явлению, и все-таки иногда приходится принимать меры по очистке изделий от некрасивого налета.

Методы предохранения металла

Практически все металлы в газообразной или жидкой среде подвергаются поверхностному разрушению. Основным способом защиты меди от коррозии является нанесение на поверхность изделий защитного слоя, состоящего из:

  • Металла – на медную поверхность изделия наносится слой металла, который более устойчив к коррозии. Например, в качестве него используют латунь, цинк, хром и никель. В этом случае контакт с окружающей средой и окисление будет происходить с металлом, используемым для покрытия. Если защитный слой частично портится, то происходит разрушение основного металла – меди.
  • Неметаллических веществ – это неорганические покрытия, состоящие из стекловидной массы, цементного раствора, или органические – краски, лаки, битум.
  • Химических пленок – защиту образуют химическим способом, создавая на поверхности металла соединения, надежно предохраняющие медь от коррозии. Для этого используют оксидные, фосфатные пленки или насыщают поверхность сплавов азотом, органическими веществами либо обрабатывают углеродом, соединения которого надежно сохраняют ее.

Кроме этого, в состав медных сплавов вводят легирующий компонент, который усиливает антикоррозийные свойства, или изменяют состав окружающей среды, удаляя из нее примеси и вводя ингибиторы, замедляющие протекание реакции.

Воздействие кислот и щелочей


Водопроводные трубы из меди

Кислотная среда является для меди наиболее агрессивной. Самое сильное воздействие оказывают азотная и серная кислота, если раствор концентрированный, то металл может полностью раствориться. Эту особенность металла учитывают при изготовлении труб, деталей для нефтегазовой промышленности, где такие кислоты присутствуют постоянно. Коррозия меди в щелочной среде не наблюдается, наоборот, в щелочи медь восстанавливается с двухвалентного состояния до одновалентного. Медь сама по себе является щелочным металлом.

Для защиты металла от кислотного воздействия используют ингибиторы – это такие вещества, которые способны замедлить химические реакции. Различают следующие виды ингибиторных веществ:

  • экранирующие – образуют на поверхности металла защитную пленку и не позволяют ему контактировать с кислотой;
  • окислительные – образуют слой окиси на металле, который вступает в реакцию с кислотой и препятствуют ее проникновению к поверхности металла, при этом чем толще это слой, тем выше защита;
  • катодные – повышают перенапряжение катодов раствора, вследствие чего химическая реакция замедляется.

Для меди наиболее приемлемым является экранирующий вид ингибиторов, при этом используют бензотриазол, вместе с солями меди он образует защитную пленку и препятствует разрушению металла.

Источник

Adblock
detector