การกัดกร่อนของทองแดงและโลหะผสม: สาเหตุและแนวทางแก้ไข

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

โลหะผสมทองแดงและทองแดงมีค่าการนำไฟฟ้าและความร้อนสูง สามารถกลึงได้ มีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดี ดังนั้นจึงมีการใช้งานอย่างแข็งขันในหลายอุตสาหกรรม แต่เมื่อเข้าสู่สภาวะแวดล้อมหนึ่ง การกัดกร่อนของทองแดงและโลหะผสมยังคงปรากฏให้เห็น มันคืออะไรและจะปกป้องผลิตภัณฑ์จากความเสียหายได้อย่างไรเราจะพิจารณาในบทความนี้

การกัดกร่อนคืออะไร

นี่คือการทำลายโลหะอันเป็นผลมาจากการสัมผัสกับสิ่งแวดล้อม ในประเทศที่มีอุตสาหกรรมที่ได้รับการพัฒนามาอย่างดี ความเสียหายจากการกัดกร่อนจะอยู่ที่ 4-5% ของรายได้ประชาชาติ ไม่เพียงแต่โลหะจะเสื่อมสภาพเท่านั้น แต่ยังรวมถึงกลไกและชิ้นส่วนที่ทำจากโลหะด้วย ซึ่งนำไปสู่ต้นทุนที่สูงมาก ท่อที่สึกกร่อนมักจะรั่วไหลของสารเคมีอันตราย ส่งผลให้เกิดมลพิษในดิน น้ำ และอากาศ ทั้งหมดนี้ส่งผลเสียต่อสุขภาพของผู้คน การกัดกร่อนของทองแดงเป็นการทำลายที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติภายใต้อิทธิพลขององค์ประกอบแต่ละส่วนของสภาพแวดล้อมของมนุษย์ สาเหตุของความเสียหายต่อโลหะคือความไม่เสถียรไปสู่สารแต่ละชนิดในอากาศ ยิ่งอุณหภูมิสูงขึ้น อัตราการกัดกร่อนก็จะยิ่งสูงขึ้น

สมบัติทองแดง

ทองแดงเป็นโลหะชนิดแรกที่มนุษย์ใช้ มันมีสีทองและในอากาศจะถูกปกคลุมด้วยฟิล์มออกไซด์และได้สีแดงเหลืองซึ่งแตกต่างจากโลหะอื่น ๆ ที่มีโทนสีเทา เป็นพลาสติกมาก มีการนำความร้อนสูง ถือเป็นตัวนำที่ดีเยี่ยม รองจากเงินเท่านั้น ในกรดไฮโดรคลอริกอ่อน น้ำจืดและน้ำทะเล การกัดกร่อนของทองแดงนั้นเล็กน้อยมาก

ในที่โล่ง โลหะออกซิไดซ์ด้วยการก่อตัวของฟิล์มออกไซด์ที่ปกป้องโลหะ เมื่อเวลาผ่านไปจะมืดลงและกลายเป็นสีน้ำตาล ชั้นที่หุ้มทองแดงเรียกว่า patina มันเปลี่ยนสีจากสีน้ำตาลเป็นสีเขียวและแม้กระทั่งสีดำ

การกัดกร่อนของสารเคมี

นี่คือการทำลายผลิตภัณฑ์โลหะที่พบบ่อยที่สุด การกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าทำลายชิ้นส่วนเครื่องจักร โครงสร้างต่างๆ ที่อยู่บนพื้นดิน น้ำ บรรยากาศ สารหล่อลื่นและของเหลวหล่อเย็น นี่คือความเสียหายต่อพื้นผิวของโลหะภายใต้อิทธิพลของกระแสไฟฟ้า เมื่อระหว่างปฏิกิริยาเคมี อิเล็กตรอนจะถูกปล่อยและถ่ายโอนจากแคโทดไปยังแอโนด สิ่งนี้อำนวยความสะดวกโดยโครงสร้างทางเคมีที่ต่างกันของโลหะ เมื่อทองแดงสัมผัสกับเหล็ก เซลล์กัลวานิกจะปรากฏในอิเล็กโทรไลต์ โดยที่เหล็กจะกลายเป็นแอโนด และทองแดงจะกลายเป็นแคโทด เนื่องจากเหล็กในชุดของแรงดันไฟฟ้าตามตารางธาตุจะอยู่ทางด้านซ้ายของทองแดงและแอคทีฟมากกว่า

เหล็กกับทองแดงจะเกิดสนิมได้เร็วกว่าทองแดง เนื่องจากเมื่อเหล็กถูกทำลาย อิเล็กตรอนจากมันจะถูกส่งผ่านไปยังทองแดง ซึ่งยังคงได้รับการปกป้องจนกว่าเหล็กทั้งหมดจะถูกทำลายจนหมด คุณสมบัตินี้มักใช้ปกป้องชิ้นส่วนและกลไก

ผลของสิ่งเจือปนต่อการเสื่อมสภาพของโลหะ

เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าโลหะบริสุทธิ์แทบไม่เป็นสนิม แต่ในทางปฏิบัติ วัสดุทั้งหมดมีสิ่งเจือปนอยู่จำนวนหนึ่ง ส่งผลต่อความปลอดภัยระหว่างการใช้งานผลิตภัณฑ์อย่างไร? สมมติว่ามีส่วนที่ทำด้วยโลหะสองชนิด พิจารณาว่าการกัดกร่อนของทองแดงกับอะลูมิเนียมเกิดขึ้นได้อย่างไร เมื่อสัมผัสกับอากาศ พื้นผิวของมันถูกปกคลุมด้วยฟิล์มน้ำบางๆ ควรสังเกตว่าน้ำสลายตัวเป็นไฮโดรเจนไอออนและไฮดรอกไซด์ไอออน และคาร์บอนไดออกไซด์ที่ละลายในน้ำจะทำให้เกิดกรดคาร์บอนิก ปรากฎว่าทองแดงและอลูมิเนียมที่แช่อยู่ในสารละลายทำให้เกิดเซลล์กัลวานิก นอกจากนี้ อลูมิเนียมเป็นขั้วบวก ทองแดงเป็นแคโทด (อะลูมิเนียมอยู่ทางด้านซ้ายของทองแดงในชุดแรงดันไฟฟ้า)

อะลูมิเนียมไอออนเข้าสู่สารละลาย และอิเล็กตรอนส่วนเกินจะผ่านไปยังทองแดง และปล่อยไฮโดรเจนไอออนออกใกล้ผิวของมัน ไอออนของอะลูมิเนียมและโทนไฮดรอกไซด์จะรวมกันและสะสมบนพื้นผิวอะลูมิเนียมเป็นสารสีขาว ทำให้เกิดการกัดกร่อน

การกัดกร่อนของทองแดงในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด

ทองแดงมีความทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดีในทุกสภาวะ เนื่องจากมันไม่ค่อยแทนที่ไฮโดรเจนเพราะอยู่ในซีรีย์แรงดันไฟฟ้าเคมีไฟฟ้าตั้งอยู่ใกล้โลหะมีค่า การใช้ทองแดงอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเคมีเกิดจากการต้านทานต่อสารอินทรีย์เชิงรุกจำนวนมาก:

• ไนเตรตและซัลไฟด์;
• ฟีนอลเรซิน;
• กรดอะซิติก แลคติก กรดซิตริกและออกซาลิก
• โพแทสเซียมและโซเดียมไฮดรอกไซด์;
• สารละลายอ่อนของกรดซัลฟิวริกและกรดไฮโดรคลอริก

ในทางกลับกัน มีการทำลายทองแดงอย่างแข็งแกร่งใน:

• สารละลายกรดของเกลือโครเมียม;
• กรดแร่ - เปอร์คลอริกและไนตริก และการกัดกร่อนเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้น
• กรดซัลฟิวริกเข้มข้น เพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น
• แอมโมเนียมไฮดรอกไซด์;
• เกลือออกซิไดซ์

วิธีถนอมโลหะ

แทบทุกโลหะในตัวกลางที่เป็นก๊าซหรือของเหลวจะถูกทำลายที่พื้นผิว วิธีหลักในการปกป้องทองแดงจากการกัดกร่อนคือการใช้ชั้นป้องกันกับพื้นผิวของผลิตภัณฑ์ ซึ่งประกอบด้วย:

• โลหะ - ชั้นของโลหะถูกนำไปใช้กับพื้นผิวทองแดงของผลิตภัณฑ์ ซึ่งทนทานต่อการกัดกร่อนมากกว่า ตัวอย่างเช่นใช้ทองเหลืองสังกะสีโครเมียมและนิกเกิล ในกรณีนี้ การสัมผัสกับสิ่งแวดล้อมและการเกิดออกซิเดชันจะเกิดขึ้นกับโลหะที่ใช้สำหรับการเคลือบ หากชั้นป้องกันเสียหายบางส่วน โลหะฐาน ทองแดงจะถูกทำลาย
• สารที่ไม่ใช่โลหะคือสารเคลือบอนินทรีย์ที่ประกอบด้วยมวลคล้ายแก้ว ซีเมนต์มอร์ตาร์ หรืออินทรีย์ - สี วาร์นิช น้ำมันดิน
• เคมีฟิล์ม - การป้องกันเกิดขึ้นจากวิธีทางเคมี สร้างสารประกอบบนพื้นผิวโลหะที่ปกป้องทองแดงจากการกัดกร่อนได้อย่างน่าเชื่อถือ ในการทำเช่นนี้ ใช้ฟิล์มออกไซด์ ฟอสเฟต หรือพื้นผิวของโลหะผสมอิ่มตัวด้วยไนโตรเจน สารอินทรีย์ หรือบำบัดด้วยคาร์บอน ซึ่งเป็นสารประกอบที่คงสภาพไว้ได้อย่างน่าเชื่อถือ

นอกจากนี้ยังมีการแนะนำส่วนประกอบที่เป็นโลหะผสมเข้าไปในองค์ประกอบของโลหะผสมทองแดง ซึ่งช่วยเพิ่มคุณสมบัติป้องกันการกัดกร่อน หรือองค์ประกอบของสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนไป ขจัดสิ่งสกปรกออกจากมันและแนะนำสารยับยั้งที่ทำให้ปฏิกิริยาช้าลง

สรุป

ทองแดงไม่ใช่องค์ประกอบที่ทำปฏิกิริยาทางเคมี ด้วยเหตุนี้ การทำลายของทองแดงจึงช้ามากในแทบทุกสภาพแวดล้อม ดังนั้นจึงใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายภาคส่วนของเศรษฐกิจของประเทศ ตัวอย่างเช่น โลหะมีความเสถียรมากในน้ำจืดและน้ำทะเลที่สะอาด แต่เมื่อปริมาณออกซิเจนเพิ่มขึ้นหรือการไหลของน้ำเร็วขึ้น ความต้านทานการกัดกร่อนก็ลดลง